Екі электроды және бір (немесе бірнеше) p-n-өтпесі бар жартылай өткізгішті құрылғы диод деп аталады.

Барлық жартылай өткізгішті диодтар екі топқа бөлінеді: түзеткіш және арнайы. Түзеткіш диодтар өз атынан көрініп тұрғандай айнымалы токтарды түзету үшін қолданылады. Түзетілген токтың жиілігі мен пішініне қарай олар төменгіжиілікті, жоғарыжиілікті және импульсті болып бөлінеді. Жартылай өткізгішті диодтардың арнайы түрлерінде диодтар p-n-өтпенің түрлі қасиеттері қолданлады, мысалы тесілу құбылысы, фотоэффект, кері кедергіге ие аймақ және басқалар. Арнайы жартылай өткізгішті диодтар көбінесе тұрақты кернеуді тұрақтандыру, оптикалық сәулеленуді тіркеу, электр сигналдарын қалыптастыру және т.б. үшін қолданылады.

Түзеткіш диоды

Түзеткіш жартылай өткізгішті диодтар әдетте кремний, гермени немесе галлий арсенидінен жасалады. Түзеткіш диодтарды жасалу технологиясы мен конструкциясы бойынша сыныптар ға бөлу мүмкін. Конструкциясы бойынша түзеткіш жартылай өткізгішті диодтар жазық және нүктелі; ал жасалу технологиясы бойынша – балқымалы, диффузионды және эпитаксиалды болып бөлінеді.

Жазық диодтар p-n-өтпесінің ауданы өте кіші болғандықтан кіші токтарды 30мА-ге дейін) түзету үшін қолданылады.

Әдетте жартылай өткізгішті түзеткіш диоды 1000 В диапазонда жатушы кернеуде жақсы жұмыс жасайды. Түзетілетін кернеудің мәндерін арттыру қажет болса, тізбектей жалғанған бірнеше диодтардан тұратын түзеткіш тіректері қолданылады. Мұндай жағдайларда түзету кернеуін 15000 В-ке дейін көтеру мүмкіншілігіне ие болады.

Үлкен токтарда түзету үшін қолданылатын жоғары қуатты жартылай өткізгішті түзеткіш диодтарын қуатты диодтар деп атайды. Олар 30 А-ге дейінгі токты түзету мүмкіншітериалдары ретінде кремний немесе галлий арсениді болуы мүмкін, себебі герменийдің p-n-өтпесінің кері тогы температураға тәуелділігі жоғарылымен сипатталады.

Балқымалы додтар әдетте кремнийден жасалынып, 5 кГц-ке дейінгі жиіліктегі токты түзету үшін қолданылады. Кремнийлі диффузионды диодтар біршама жоғары жиілікте жұмыс жасап, 100 кГц-ке дейін түзету мүмкіншілігі бар. Кремнийлі металл төсенішті (Шотки тосқауылды) эпитаксиалды диодтар 500 кГц-ке дейінгі жиілікте жұмыс жасайды. Галлий арсенидті түзеткіш диодтарының жиіліктік сипаттамасы бірқатар жақсы болып, бірнеше ондаған Мегагерц жиілік диапазонында жұмыс жасайды.

Жартылай өткізгішті диодтардың негізгі сипаттамаларын оның ВАС талдай отырып алуымыз мүмкін. ВАС-ын талдау салдарынан төмендегіні есте сақтау керек: p-n-өтпесі I тогының осы өтпе потенциал түсімі U-ға тәеулділігі Эберс-Молл теңдеуімен сипатталады:

(1.1)

мұндағы I_S – диодтың кері қанығу тогы, ал φ_Т – жылулық потенциал.

Жарталый өткізгішті материалдар үшін Т = 300К температурадағы жылулық потенциалы φ_Т = 25 мВ болғандықтан, U = 0,1В кернеуде жеңілдетілген формалудан пайдаланамыз:

(1.2)

Диодтың қасиетін сипаттайтын маңызды параметрлерінің бірі p-n-өтпенің дифференциал кедергісі болып, ол диодтағы потенциал түсімінің бірдей өсімшесінің осы өтпедегі токтың бірдей өсімшесіне қатынасын көрсетеді:

(1.3)

Дифференциал кедергіні (1.2) және (1.3) формулаларды қолдану арқылы анықтаймыз, сонда:

немесе (1.4)

p-n-өтпе арқылы жоғары ток ағып өткенде (қолданылған диодтың түріне қарай бұл ток бірнеше бірліктен ондаған миллиамперге дейін болуы мүмкін) жартылай өткізгіш көлемі бойынша кернеу төмендейді, ал оны елемеу мүмкін емес. Мұндай жағдайда Эберс-Молл теңдеуі төмендегі түрде болады:

(1.5)

Мұнда R – тізбектей кедергі деп аталушы жартылай өткізгіш кристаллының көлемі бойынша кедергісі.

1.1.а суретте жартылай өткізгішті диодтың электр тізбектеріндегі шартты графикалық белгісі, ал оның структурасы 1.1.б. суретте келтірілген. р -аймағына жалғанған диод электроды анод деп, п –аймағына жалғанғаны каторд деп аталады. Диодтың статикалық вольтам­перлі сипаттамасы 1.1 .в суретте келтірілген.

1. -Cурет. Жартылай өткізгішті диодтың

шартты белгісі (а), структурасы (б) және

статикалық вольтам­перлі сипаттамасы (в).

Стабилитрон

Стабилитрон - p-n-өтпесі көшкіндік тесілу режимінде жұмыс жасайтын жартылай өткізгішті диод. Мұндай режим p-n-өтпенің кері ығысуы арқылы пайда болады. Кең диапазондағы көшкіндік тесілу режимінде диод арқылы ағып өтетін токтың өзгеруі потенциал түсімінің өзгеруіне қарамастан өзгеріссіз қалады. 1.2(а,б) суретте стабилитрон-ның схемалық кескінделуі, ал 1.2 в суретте ВАС-ының түрі келтірілген.

Осы түрдегі азқуатты кремнийлі стабилитрон үшін көшкіндік тогы шамамен 10мА, сондықтан стабилитрон арқылы өтетін токты тежеу үшін оған тізбектей тежеуші кедергі R_Б жалғанады (1.3.а сурет).

1.2 Сурет. Стабилитронның схемалық кескінелуі

(а - біржақты, б - екіжақты) және оныі ВАС (в);

U_ct - тұрақтандыру кернеуі

Егер көшкіндік ток осындай шамада болса, онда стабилитрондағы қуаттың шашылуы рауалы шамадан артпайды да, мұндай режимде аспап шектеусіз ұзақ жұмыс жасауы мүмкін. Көптеген стабилитрондар үшін шашылуы қуаттың рауалы мәндері 100 мВт – тан 8 Вт- дейін болуы мүмкін.

1.3 Сурет. Стабилитронның (а) және стабистордың (б)

жалғану схемалары:R_Б – балластты кедергі,

U_BХ – кірмелі кернеу,R_Н –жүктеме кедергісі

Кей кездері кернеуді тұрақтандыру үшін диодтағы потенциал түсімінің p-n-өтпесі арқылы өтетін ток күшіне тәуелділігі шамалы болады. Осындай эффектілер қолданылатын аспаптарды стабилитрондардан бөлек стабисторлар деп атайды. Әдетте p-n-өтпесінің тура ығысу аймағында потенциал түсімі 0,7В...2 В болады, сондықтан стабисторлар тек қана кіші кернеулерді (2 В-тен артпайды) тұрақтандыру үшін қолданылады. Стабистор арқылы өтетін токты тежеу үшін оған тізбектей тежеуші кедергі R_Б жалғанады (1.3.б сурет). Стабилитронның дифферециал кедергісі вольтамперлі сипаттамасының көлбеулігін сипаттайтын параметрі.

(1.6)

1.4 суретте стабилитронның ВАС-ының сызықталған бөлігі көрсетіліп, ол аспаптың дифференциал кедергісін анықтауға мүмкіндік береді.

Жартылай өткізгішті түзеткіштер

Айнымалы кернеуді тұрақты кернеуге түрлендіріп беруші құрылғыны түзеткіш деп атайды. Түзеткіштердің негізгі қызметі кірмелі кернеудің бағыты өзгергенімен жүктемедегі токтың бағытын сақтап қалады. Құрамындағы диодтар саны мен жалғану схемаларына қарай жартылай өткізгішті түзеткіштер бірнеше түрге бөлінеді. Төменде олардың түрлері келтірілген.

Бірфазалы біржартыпериодты түзеткіштің схемасы 1.5 суретте келтірілген.

1.4 Сурет. Стаби-литронның сызық-

талған сипаттамасы

1.5 сурет. Бірфазалы біржартыпериодты түзеткіштің схемасы: Тр – трансформа-тор; R_Н – жүктеме кедергісі; U₁,U₂ - трансформатордың бірінші және екінші орамындағы кернеулері; U_H - жүктеме кернеуі;

Бірфазалы біржартыпериодты түзеткіш шықпасына кірмесіне берілген сигналдың бір жарты периодын ғана өткізеді (1.6 сурет). Осындай түзеткіштің шықпалы кернеуі төмендегі формула арқылы есептеледі:

(1.7)

мұнда U_m - трансформатордың екінші орамындағы кернеуінің амплитудасы; Т – кірмелі кернеу периоды;  - сигналдың айналмалы жиілігі  = 2/Т.

Біржартыпериодты түзеткіштің шықпасындағы сигнал кірмелі сигнал периодына тең. Диодтағы кері кернеудің максимал мәні кірмелі крнеудің максимумына тең.

(1.8)