НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

1.1. Випрямні діоди

1.2. Високочастотні діоди

1.3. Діоди Шотткі

1.4. Імпульсні діоди

1.5. Діод Зенера

1.6. Фотодіоди, світлодіоди

1.7. Тунельні діоди

1.8. Варикапи

Напівпровідниковий діод (англ. semiconductor (crystal) diode; нім. н. Halbleiterdiode f) – це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами.

Випрямним електричним переходом, в напівпровід-никових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Випрямний перехід, окрім ефекту випрямлення, має й інші властивості, що використовуються для створення різних видів напівпровідникових діодів:

• випрямних діодів;

• стабілітронів;

• тунельних діодів;

• варикапів та інших.

Тому напівпровідникові діоди поділяють: на випрямні, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опірні (стабілітрони), чотиришарові перемикаючі, фотодіоди, світло-діоди, тунельні діоди та інші.

1.1. Випрямні діоди

У випрямлячах змінної напруги найбільше застосування знаходять германієві і кремнієві напівпровідникові діоди. Основними методами одержання р-n- переходів для випрямних діодів є сплавка і дифузія.

Робота напівпровідникового випрямного діода заснована на властивості р-n переходу пропускати струм тільки в одному напрямку.

Основною характеристикою напівпровідникових діодів є вольт-амперна характеристика. Для порівняння на рис. 1.1 приведені типові вольт-амперні характеристики германієвого (1) і кремнієвого (2) діодів. Кремнієві діоди мають у багато разів менші зворотні струми при однаковій напрузі, чим германієві.

Припустима зворотна напруга кремнієвих діодів може досягати 1000–1500В в той час як в германієвих вона лежить у межах 100–400В.

Рис. 1.1. Вольт-амперні характеристики діодів

Кремнієві діоди можуть працювати при температурах -60...+150°С, а германієві -60...+85 °С. Це обумовлено тим, що при температурах вище 85 °С різко збільшується власна провідність германія, що приводить до неприпустимого зростання зворотного струму.

До основних стандартизованих параметрів випрямних діодів відносяться:

Середній прямий струм, І_пр.ср – середнє за період значення прямого струму.

Максимально припустимий середній струм, І_{пр. ср. мax.}

Середній випрямлений струм, І_{вп. ср} – середнє за період значення випрямленого струму, що протікає через діод (з урахуванням зворотного струму).

Максимально припустимий середній випрямлений струм діода , І _{вп ср. max.}

Постійна пряма напруга U_пр – значення постійної напруги на діоді при заданому постійному прямому струмі.

Середня пряма напруга U_пp.ср – середнє за період значення прямої напруги при заданому середньому значенні прямого струму.

Постійна зворотна напруга U_обр – значення постійної напруги, прикладеної до діода в зворотному напрямку.

Максимально припустима постійна зворотна напруга U_обр.ma Максимально припустима імпульсна зворотна напруга U_{обр.і.max.} Постійний зворотний струм І_обр – значення постійного струму, що протікає через діод у зворотному напрямку при заданій, зворотній напрузі.

Середній зворотний струм І_обр.ср – середнє за період зна-чення зворотного струму.

1.2. Високочастотні діоди

Ці прилади універсального призначення. Вони можуть бути використані для випрямлення, детектування і інших нелінійних перетворень електричних сигналів у діапазоні частот до 600 Мгц. Високочастотні діоди виготовляються, як правило, з германія чи кремнію і мають крапкову структуру.

Для одержання р-n- переходу діод у процесі виготовлення піддають струмовому формуванню. З цією метою через нього в прямому напрямку пропускається короткочасний імпульс струму величиною до 400 мА.

Типова вольт-амперна характеристика крапкового діода зображена на рис. 1.2.

Зворотна вітка характеристики крапкового діода значно відрізняється від відповідної галузі характеристики площинного діода. Через малу площу р-n- переходу зворотний струм діода малий, ділянка насичення невелика і не так різко виражений. При збільшенні зворотної напруги зворотній струм збільшується майже рівномірно.

В плив температури на величину зворотного струму позна-чається слабкіше, ніж у площинних діодах, подвоєння зворот-ного струму відбувається при збільшенні температури на 15-20°С.

Рис. 1.2. Вольт-амперна характеристика кремнієвого діода

та її залежність від температури

Істотне значення для оцінки властивостей високочастот-них діодів мають:

Загальна ємність діода С_д – ємність між виводами діода при заданих напрузі зсуву і частоті.

Диференціальний опір r_диф – відношення приросту напруги на діоді до малого приросту струму, що викликав це збільшення. Діапазон робочих частот Δf – різниця граничних значень частот, при яких середній випрямлений струм діода не менше заданої частки його значення на нижчій частоті.