13. Полупроводниковые диоды. Принцип работы, вольтамперные характеристики, частотные свойства. Работа диода при больших токах, область безопасной работы (обр).

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами – Анодом и Катодом). Принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода. Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии. (Слово "диод" образовалось от греческой приставки "ди" - "дважды" и сокращения слова "электрод").

Основное свойство - низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную

Принцип работы Концентрация электронов в n-области больше, чем в р-области, электроны стремятся диффундировать в р-область. Дырки стремятся перейти в n-область. При этом происходит перенос электрических зарядов, вследствие чего дырочная область заряжается.

Перемещение электронов и дырок в полупроводниковом диоде под действием внешнего напряжения: а — напряжение приложено в запорном направлении; б — напряжение приложено в пропускном направлении.

Однако и в состоянии равновесия через п-р-переход перемещаются электроны и дырки. Во-первых, вследствие теплового движения (возникает ток диффузии). Во-вторых, под действием контактной разности потенциалов в противоположную сторону будут перемещаться электроны из р-области, в которой они являются неосновными носителями зарядов, в п-область. По этой же причине дырки из п-области перемещаются в р-область. В результате возникает ток проводимости, создаваемый направленным движением неосновных носителей заряда.

I пр

Если приложить к диоду внешнее напряжение плюсом к n-области, а минусом к р-области, потенциальный барьер увеличится. Поэтому основные носители заряда — электроны области и дырки р-области — не будут перемещаться через переход и ток диффузии прекратится. Для неосновных носителей заряда (электронов р-области и дырок n-области) напряжение данной полярности не является препятствующим и их ток не прекратится. Этот ток называют обратным или током насыщения. В создании обратного тока могут принимать участие только те свободные электроны р-области и дырки области. Поэтому сила обратного тока мало зависит от приложенного напряжения и является практически постоянной. Обратный ток мал и равен десятым или даже сотым долям миллиампера.

Н

I обр

U пр

U обр

а графике изображены ВАХ для прямого (правая часть графика) и обратного (левая часть) включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»).

Существенное влияние на работу полупроводниковых диодов оказывает также частота тока. Это объясняется наличием емкости у n-р-перехода и инерционностью диода. Существует зависимость: с увеличением частоты выпрямительные свойства полупроводниковых диодов ухудшаются.

Типы диодов по частотному диапазону:

1. Низкочастотные

2. Высокочастотные

3. СВЧ