20 Вах полупроводникового диода и его временные диаграммы тока и напряжения при переключении

Вольт-амперная характеристика диода имеет вид сплошной линии, и определяется следующим выражением:

где Uд — напряжение на р-n-переходе. Здесь K—постоянная Больцмана; Т—абсолютная температура; q —заряд электрона. Формула соответствует ВАХ идеального p—n- перехода и не отражает некоторых свойств реального диода. При определенном значении напряжения Uo6p начинается лавинообразный процесс нарастания тока Iобр, соответствующий электрическому пробою р-п-перехода (отрезок АВ). Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой переходит в тепловой (участок ВАХ после точки В). Такая последовательность лавинообразного процесса нарастания тока Iобр характерна для кремниевых диодов. Для германиевых диодов с увеличением обратного напряжения тепловой пробойp-n-перехода наступает практически одновременно с началом лавинообразного процесса нарастания тока Iобр. Электрический пробой обратим, т.е. после уменьшения напряжения Uo6р работа диода соответствует пологому участку обратной ветви ВАХ. Тепловой пробой необратим, так как разрушает р—n-переход. Прямой ток диода также зависит от температуры окружающей среды, возрастая с ее повышением, хотя и в значительно меньшей степени, чем обратный ток. Для оценки температурной зависимости прямой ветви ВАХ диода служит температурный коэффициент напряжения, К^-1, который показывает относительное изменение прямого напряжения за счет изменения температуры на 1 К при некотором значении прямого тока.

21 Разновидности полупроводниковых диодов, их принципиальные отличия

Диоды классифицируют по следующим признакам: площадь перехода—плоскостные, точечные; полупроводниковый материал—германиевые, кремниевые, из арсенида галлия; назначение—выпрямительные, импульсные, сверхвысокочастотные, стабилитроны, варикапы; принцип действия—лавинно-пролетные, туннельные, диоды Шотки, излучающие, диоды Ганна. Выпрямительный диод 1 представляет собой электронный ключ, управляемый приложенным к нему напряжением. Такой диод использует вентильные свойства р—n-перехода и применяется в выпрямителях переменного тока. В качестве исходного материала при изготовлении выпрямительных диодов используют германий и кремний. Если напряжение приложено в прямом направлении, то ключ замкнут, а при обратном—разомкнут. Основными параметрами выпрямительных диодов являются: максимальное значение среднего прямого тока диода; допустимое наибольшее значение постоянного обратного напряжения диодa; максимально допустимая частота входного напряжения; значение прямого падения напряжения на диоде при заданном прямом токе. Выпрямительные диоды классифицируют также по мощности и частоте: маломощные, средней мощности, большой мощности; низкочастотные, высокочастотные. В качестве выпрямительных устройств также применяют диоды, выполненные на выпрямляющем переходе металл—полупроводник (диоды Шотки). Их отличает меньшее, чем у диодов с р—n-переходом, напряжение U при лучшие частотные характеристики.

Импульсный диод — полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и использующий при своей работе прямую и обратную ветви ВАХ. Длительность переходных процессов в диоде обусловлена тем, что изменение направления и значения тока через него при изменении подводимого к нему напряжения не может происходить мгновенно из-за перезаряда емкости выпрямляющего перехода и инерционных процессов рассасывания инжектированных в базу неосновных носителей заряда. Последнее явление определяет быстродействие диодов и характеризуется специальным параметром — временем восстановления tвос его обратного сопротивления, которое равно интервалу времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное и моментом, когда обратный ток, равный в момент переключения напряжения прямому току, достигнет своего минимального значения. Для повышения быстродействия импульсные диоды изготовляют виде точечных структур. Одновременно толщину базы делают минимально возможной для достижения минимального времени восстановления диодов.

Сверхвысокочастотный диод (СВЧ-диод) —это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования и обработки высокочастотного сигнала. Их широко применяют при генерации, усилении электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона, умножении частоты, модуляции, регулировании и ограничении сигналов и т.д. Типичные представители: смесительные, детекторные и переключательные диоды.

Стабилитрон и стабистор применяются в нелинейных цепях постоянного тока для стабилизации напряжения. Отличие стабилитрона от стабистора заключается в используемой ветви ВАХ для стабилизации напряжения. Стабилитроны и стабисторы изготовляют, как правило, из кремния. При использовании высоколегированного кремния напряжение стабилизации понижается, а с уменьшением степени легирования кремния—повышается. Соответственно различают низко- и высоковольтные стабилитроны. К основным параметрам стабилитрона относятся: напряжение стабилизации при заданном токе; дифференциальное сопротивление при заданном токе, минимально допустимый ток стабилизации; максимально допустимый ток стабилизации; максимально допустимая рассеиваемая мощность; температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Варикап — полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости зарядной емкости от значения приложенного напряжения. Это позволяет применять варикап в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Основной характеристикой варикапа служит вольт-фарадная характеристика—зависимость емкости варикапа от значения приложенного обратного напряжения. Основными параметрами варикапа являются: емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении, коэффициент перекрытия по емкости.

Излучающийдиод—полупроводниковый диод, излучающий из области р—n-перехода кванты энергии. Излучение испускается через прозрачную стеклянную пластину, размещенную в корпусе диода. По характеристике излучения эти диоды подразделяют на две группы: светодиоды; ИК-диодов. Принцип действия обеих групп диодов одинаков и основан на самопроизвольной рекомбинации носителей заряда при прямом токе через выпрямляющий электрический переход. Рекомбинация носителей заряда сопровождается освобождением кванта энергии. Спектр частот последней определяется типом исходного полупроводникового материала. Основными материалами для изготовления светодиодов служат фосфид галлия, арсенид-фосфид галлия, карбид кремния. Исходными материалами для изготовления ИК-диодов являются арсенид и фосфид галлия. Светодиоды применяют в качестве световых индикаторов, а ИК-диоды—в качестве источников излучения в оптоэлектронных устройствах.