Устройство, принцип действия, статическая вах диода. Характеризующие параметры.
Основой полупроводникового диода является двухслойная структура, созданная на основе кристалла полупроводника, имеющего две области. В одну область кристалла вводится донорная примесь (n- область), а в другую – акцепторная (p- область).
Если к полупроводниковому диоду приложить внешнее напряжение так, чтобы его положительный потенциал присоединен к p-слою, то дырки и электроны будут как бы отталкиваются источником внешнего напряжения в сторону р-n перехода. Потенциальный барьер уменьшается, переход основных носителей зарядов через границу (электронов из n-слоя и дырок из p-слоя) и их взаимная компенсация возрастают, следовательно, через диод будет протекать ток. Источник будет поставлять в n-слой новые электроны, а в p-слое создавать новые дырки.
При обратном знаке напряжения электроны притягиваются к положительному потенциалу источника, а дырки - к отрицательному, потенциальный барьер в области p-n перехода увеличивается, переход зарядов через границу почти прекращается, ток через диод очень мал. Этот ток обусловлен тепловым разрушением ковалентных связей в обоих слоях и образованием пар электрон-дырка. Неосновные носители (электроны в p-слое и дырки в n-слое) имеют такой знак заряда, который способствует их прохождению через переход.
При обратном включении диода через него протекает незначительный обратный ток.
Свойства диода определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ).
Приближенно она может быть описана уравнением:
I=IO(e U/mjт –1), (1)
где IO – ток насыщения обратносмещенного перехода (обратный тепловой ток); U – напряжение на p-n переходе; jт = kT/q – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов jк на границе p-n перехода при отсутсвии внешнего напряжения; k =1,38×10-23 Дж/К– постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; q =1,6×10-19кулон – заряд электрона; m - поправочный коэффициент, учитывающий отклонение от теории.
На ВАХ различают две ветви: прямая ветвь, которая находится в первом квадрате и обратная ветвь в третьем квадрате. Уравнение (1) хорошо описывает характеристику реального диода в прямом направлении и для небольших токов, В соответствии с (1) сопротивление диода является нелинейным. В случае линейного сопротивления ВАХ была бы прямая линия.
На прямой ветви реальной ВАХ имеется резкий загиб, который характеризуется напряжением включения. Для германиевых диодов напряжение включения равно примерно 0,3В, для кремниевых – примерно 0,6В.
Значение обратного тока на обратной ветви примерно постоянно в широком диапазоне напряжения. При превышении определенного значения обратного напряжения, называемого напряжением пробоя Uпроб, начинается лавинообразный процесс нарастания обратного тока, соответствующий электрическому пробою p-n перехода. Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой перейдет в тепловой. Тепловой пробой обусловлен ростом числа носителей в p-n переходе. При этом мощность, выделяющаяся в диоде Uобр х Iобр, не успевает отводиться от перехода, его температура растет, растет обратный ток и, следовательно, продолжает расти мощность. Тепловой пробой необратим, т.к. разрушает p-n переход.
У любого диода оговаривается несколько основных параметров:
* номинальный прямой ток;
* максимальное обратное напряжение;
* прямое падение напряжения;
* постоянный обратный ток;
* максимальный прямой ток
По назначению различают следующие типы диодов:
1. Выпрямительные.
2. Импульсные.
3. Высокочастотные.
4. Стабилитроны и стабисторы.