1.1.6. Типы полупроводниковых диодов

1.1.6.1. Выпрямительные диоды

Выпрямительные полупроводниковые диоды используются в качестве вентилей (элементов с односторонней проводимостью) в устройствах преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды различают по материалу, используемому для образования p-n-перехода (германиевые, кремниевые и другие), а также по допустимому значению прямого тока (диоды малой средней и большой мощности).

В качестве параметров выпрямительных диодов используются статические параметры, а также электрические величины, определяющие их работу в выпрямительных схемах: средний прямой ток за период; среднее за период значение

обратного тока ; среднее за период значение выпрямленного тока (с учётом обратного тока) ; среднее за период значение прямого напряжения при заданном среднем значении прямого тока; средняя рассеиваемая мощность - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом при протекании тока в прямом и обратном направлениях.

Изготавливают такие диоды обычно сплавным методом. В пластинку n-Ge вплавляют таблетку индия, а в пластинку n-Si алюминий. Hижняя часть пластины припаивается к кpисталлодеpжателю или корпусу. Припой, содержащий сурьму, обеспечивает омический контакт.

Конструкция маломощного германиевого диода представлена на рис. 1.1.9. Мощные диоды изготовляют путем диффузии примесей (бора или фосфора) в кристалл p- или n-кpемния. Диоды помещают обычно в герметизированный

корпус, что обеспечивает возможность их работы в условиях высокой влажности.

Максимальная рабочая температура кремниевых диодов +150 С, а германиевых - +70 С. Для обеспечения условий отвода тепла в мощных диодах используется массивный металлический корпус, к которому и припаивается пластина полупроводника, а более мощные диоды снабжаются внешним радиатором или устройством для принудительного воздушного или жидкостного охлаждения

1.1.6.2. Стабилитроны

Стабилитроны предназначены для стабилизации питающих напряжений, фиксации уровня и т.д. стабилитроны изготавливаются на основе n-кpемния. Выбор материалов для них обусловлен отличительными особенностями кремниевых диодов:

• малым обратным током;

• резким переходом в область лавинного или туннельного пробоя при незначительных изменениях обратного напряжения;

• высоким значением допустимой температуры перехода.

Принцип стабилизации заключается в том, что в полупроводниковом кристалле (как правило, кремниевом), сильно легированном примесями в обеих областях, с тонким и резко выраженном p-n-переходом, быстро развивается и устанавливается электрический пробой, при котором значительное увеличение обратного тока (тока пробоя) происходит при сравнительно низком и примерно постоянном обратном напряжении (для каждого типа прибора). В p-n-переходе небольшой толщины при воздействии обратного напряжения возникает сильное электрическое поле с высокой напряженностью (порядка ), которое становится причиной электрического пробоя p-n-перехода.

Используя пластины n-Si с различной концентрацией примесей, можно изготавливать стабилитроны с различной величиной напряжения , которое соответствует переходу в область лавинообразного роста обратного тока, а, следовательно, и с различными значениями напряжения стабилизации .

При , преобладает туннельный пробой, при значениях , наряду с туннельным развивается и лавинный пробой, при , лавинный пробой становится доминирующим. Типичная ВАХ стабилитрона (обратная ветвь) представлена на рис.1.1.10. Прямой ток в зависимости от напряжения изменяется, как у любого диода, по экспоненциальному закону. Ветвь обратного тока характеризует рабочий режим стабилитрона.

Принцип работы стабилитрона основан на очень малом изменении напряжения (в области пробоя) при значительном увеличении обратного тока.

Рис. 1.1.10. ВАХ стабилитрона

Рассмотрим схему включения стабилитрона, представленную на рис 1.1.11. При увеличении, например, напряжения питания ток общей цепи и ток нагрузки в резисторе должны

возрасти, при этом напряжение на резисторе увеличивается. Однако избыток тока в общей цепи поглощается стабилитроном. Ток, протекающий через стабилитрон растет, а напряжение на его зажимах, а следовательно и на резисторе, остается неизменным.

О сновным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока с

Рис. 1.1.11. Схема включения стабилитрона

табилизации. По напряжению стабилизации различают низковольтные и высоковольтные

стабилитроны: промышленностью выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации от 3 до 400 В.

Важными параметрами также являются максимальный и минимальный токи стабилизации и , соответственно. Эти характеристики ограничивают область ВАХ, которая применяется для стабилизации напряжения при условии обеспечения надежной работы прибора.

В качестве параметров также используются дифференциальное сопротивление

(1.1.21)

и статистическое сопротивление стабилитрона

. (1.1.22)

В данных выражениях и - напряжение и ток в заданной рабочей точке, а и - малые приращения этих величин. Как видно из графика ВАХ (рис 1.1.10) напряжение стабилизации зависит от температуры. Для оценки температурного влияния на напряжение стабилизации используется температурный коэффициент напряжения стабилизации:

, (1.1.23)

где - это отклонение от номинального значения при изменении температуры на .