3.П/п диоды. Классификация по конструкции, материалу, назначению. Маркировка диодов. Основные св-ва и применение.

П/п диод– это электропреобразовательный прибор, который содержит один или несколько электронных переходов и минимум 2 вывода для подключения к внешней цепи.

Полупроводниковые диодыиспользуют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

В зависимости от области применения: выпрямительные, универсальные, импульсные, сверхвысокочастотные, варикапы, туннельные, обращенные, фото- и светодиоды, стабилитроны.

По типу p-n перехода:плоские и точечные.

По материалу:Ge, Si, соединения Ga, соединения In.

Применение диодов:

1.Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий).

2.Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п. Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, возникнет ток через диод и сила тока будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрящим контактам и выгорающим полупроводникам.

Применяются длякоммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Маркировка диодов:

( цифробуквенное обозначение, фиксирующее отличительные особенности эл. прибора)

1-й элемент фиксирует материал, из которого сделан диод(если буква, то элемент широкого употребления; если цифра то военная маркировка, к ним предъявляются более жесткие требования) Ge- Г,1;Si- К,2;GaAs- А,3;InSb- И,4.

2-й элемент опред. Область применения буква (Д – выпрямительные, универсальные, импульсные. С – стабилитрон, И – туннельные, обращенные, Д – диод Шотки, В - варикап)

3-й – число, характеризующее либо назначение прибора, либо номер разработки

Обозначения, заканчивающиеся буквами русского алфавита, фиксируют специальные параметры диода.

Общие параметры диодов:

-допустимая температура перехода(для искл.теплового пробоя)

-допустимая мощность, рассеиваемая диодом

-допустимый прямой ток

-максимально допустимое обратное напряжение(<= 0.8*Uпроб)

4. Выпрямительные диоды. Классификация. Влияние материала, степени легирования и температуры на вах выпрямительных диодов. Основные параметры. Особенности применения.

Выпрямительный диод– это п\п диод преобразующий переменный ток в постоянный(обычно нч, то есть от 50 Гц до 20 кГц).

Принцип работы:несимметричный вах.

1. Iпр макс : Маломощные <0.3А

Средней мощности: 0.3<..<10А

Большой мощности: >10А

Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом. Для рассеивания теплоты диоды средней и большой мощности располагаются на радиаторах охлаждения.

2. Uобр макс: Ge <400В(огранич.тепловым пробоем)

Si = 800-1500 В(лавинным пробоем)

3. Uпр : Ge = (0.5-0.9) В

Si = (0.7 – 1.5) В

При увеличении Wз или уменьшении Nпр -> увелич Uпр, а при увеличении T -> уменьш Uпр

4. Iобр (при Uобр макс) IобрGe >> IобрSi

5. Pдоп =(0,3 - 50)Вт

6. Диапазон рабочих температур:

Ge (-60 – 75 C); Si (-60 – 125 C);

Чем больше крутизна прямой ветви, тем эффективнее выпрямление ( S =dIпр/dUпр)

Чем больше протяженность обратной ветви, тем большее напряжение может выпрямлять диод.

Классификация:

по количеству используемых фаз- однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные

по величине выпрямленного напряжения- низкого напряжения или высокого.

по способу соединения- параллельные, последовательные,параллельнопоследовательные.

по частоте выпрямляемого тока - низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные

6. Кремниевые стабилитроны. ВАХ стабилитрона и ее параметры. Зависимость ВАХ от степени легирования и температуры. Термостабилизация стабилитронов. Схема и параметры простейшего стабилизатора напряжения. Области применения стабилитронов.

П/п стабилитрон– диод, предназначенный для стабилизации уровня напряжения в параллельной нагрузке. ВАХ имеет участок со слабой зависимостью U отI. Для большинства стабилитронов рабочая точка находится в области электрического пробоя.

Виды стабилитронов: общего назначения, прецизионные, импульсные, двуханодные,стабисторы.

ВАХ стабилитронов:

№1 – полевой пробой, №2 – смешанный, №3 – лавинный

Основные параметры:

1) Напряжение стабилизации U_ct=3-400 В,U_пр.лав.=А*ρ_б^В; для увел Uпр надо увел РОб,умен сигма б, умен Nпр

2) P_ст.max=0,1-50 Вт;

3) I_ст.maxдо 4 А;

4)I_ст.min1-5mA;

5)I_ст.ном=1/2(I_ст.max+I_ст.min);

6) сопротивление перемнному току

примерно 0,6-200 Ом;

7) Сопротивление постоянному току ;

8) Добротность , 20-100 %; 10)Коэф.стабилизации

9)Температурный коэффициент напряжения стабилизации;

Зав-ть ТКН от напряжения стабилизации:Схема стабилизатора напряжения:

Для уменьшения α:

-исп смешанный вид пробоя(Uст = 5-6 В)

-исп прецизионные стабилизаторы. Исп.несколько последовательно соединенных p-n переходов.

Один из переходов – стабилизирующий вкл в обратном направлении, а 2 др – термокомпенсир в прямом. Если стабилизир переход работает в режиме лавинного пробоя, то с увел Т, U увел. Одновременно прямое напряжение на 2 др уменьшается.

Область применения: используют для стабилизации напряжения в цепях, и защиты схем от перегрузки. Прецизионный термокомпенсированный стабилитрон, заключается в последовательном соединении с обр. включеннымр-n-переходом стабилитрона доп.pn-перехода, включенного в прямом направлении. С повышением Т напряжение наpn-переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается, что компенсирует увеличение напряжения на обратно включенномpn-переходе при лавинном пробое.

7. Импульсные диоды. Особенности конструкции, ВАХ импульсных диодов. Основные параметры, применение. Переходный процесс прямого и обратного переключения диодов. Работа диодов от источника тока. Методы повышения быстродействия диодов.

Импульсный диод– это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов при его переключении (изменении полярности подаваемых импульсов тока и напряжения) и предназначенных для работы в импульсных режимах.

Особенности конструкции– точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки и стеклянного баллона. Получают методом электроформовки или приваркой проволоки к полупроводнику при прохождении импульса тока, и образования аналоговогоp-n-перехода.

ВАХ импульсного диода:Осн. назначение имп. диодов– работа в качестве коммутирующих элементов, применение их для детектирования ВЧ сигналов и для других целей.

Основные параметры:

1) прямой средний ток I_пр

2) прямое падение напряжения при I=I_престьU_пр

3) макс. знач. прям. тока и напр-я I_пр.maxиU_пр.maxприI_пр.max

4) макс. допустимое обр. напряжение U_обр.max=(0,5-0,8)U_пробоя

5) значение обр. тока при I_обр,U_обр=U_обр.maxСкважностьQ=I/τ_u

6) τ_вос-время восстановления обр. сопр. диода - временя от момента перехода тока диода через ноль до момента значения обратного тока 1,1I_обрстационарное.

7) τ_уст-время установленияU_прдиода, равное времени от момента подачи имп. прям. тока на диод (при 0 нач. напр-ии смещения) до достижения заданного значения прямого напряжения на диоде.

Факторы, влияющие на инерционность работы импульсного полупроводникового диода:

1) Накопление неравновесных носителей заряда в базе при прямом смещении

2) Влияние барьерной емкости

Имп. диоды: 1) Быстро действующие τ_вос<10 мс; 2)средне 10 < τ_вос<100 мс 3) низко τ_вос> 100 мс

Методы уменьшения τ_вос:

1) Создание рекомбинационных центров в области базы (золото)

2) Применение диодов с накопление зарядов ДНЗ-диоды

При переключении диода с прям. направления на обр. в начальные момент временя через диод идет большой I_обр, ограниченный объемным сопр. базы. Накопленные в базе неосн. носители заряда рекомбинируют или уходят из базы черезpn-переход, после чегоI_обруменьшается до своего стац. знач-ия. Переходный процесс, в течение которого обр. сопротивление п/п диода вост. до постоянного значения, наз-сявременем восстановления обр. сопр. диода.

Переходный процесс, в течение которого прямое сопротивление п/п диода устанавливается до постоянного значения, называется временем установления прямого напряжения диода.

Работа имп. п/п диода от генератора постоянного тока:1)t(0,t₁),i(t),U(t) = 0

2) tt₂,i₁(t₁)=I_пр(U_пр.max– макс.прям.падение напр-ия)

3) t(t₁,t₂)p_nr_бU1,1U_{пр.стац}

4) t(t₂,t₃)Диод открыт5)t=t₃,i(t)=0

6) Рассеивание избыточ. конц-ии неосн. носителей.

Меры повышения быстродействия диодов:

1) U_{пр.стац}r_б2)С_{перехода}S

3) Работа диода при малых входных воздействиях

4) W(толщ. базы)=>0.1L_Pбыстродействия в 100 раз

5) времени пути неосн. носителей заряда в базе диода

6) Подключение малых величин R_Н, С_Н

7) Изготовление pn-перехода (от плоского к точечному)

8) Использование диодов шотки

9) Исп-ние ДНЗ-диодов (диоды накапливающие заряд)