цифровые устройства / лекции / 03_ЦУ_PN-переход_Полупроводниковые диоды_сборник_в2_2026
.pdf
Схемы замещения диодов
2. Диод-сопротивление
соответствующем R.
2.1 Uд = Uпр
Uпр
rпр
+
Iпр 
Iпр = Uпр , rпр
Rд = rпр ,
rпр = Uпр ;Iпр
rобр= Uобр .
Iобр
(схема замещения с резистором). Диод представляется резистором с
2.2 |
|
Uд = Uобр |
|
|
Uобр |
- |
|
rобр |
- |
+ |
|
|
|
Iобр
Iобр = Ur обр ; обр
Rд = rобр
31
Схемы замещения диодов
Погрешность аппроксимации меньше, чем в предыдущем случае.
32
Схемы замещения диодов
3. «Точная» схема замещения. (Применяется в том случаи, если требуется высокая точность)
3.1 Uд = Uпр
Uпр
e0
rпр
Iпр
rпр = Uпр ;Iпр
I = Uпр − e0
пр Iпр
33
Схемы замещения диодов
3.2 Uд = Uобр
Uобр
I 0
- |
Iобр |
|
rобр
rобр = Uобр ;
I
обр
Iобр = Uобр + I0
I
обр
+
34
Виды полупроводниковых диодов
-выпрямительные диоды;
-импульсные диоды;
-стабилитроны (опорные диоды);
-туннельные диоды;
-варикапы;
-фотодиоды;
-светодиоды;
-и другие.
Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока, т.е. для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Мощный
выпрямительный
диод
Выпрямительные диоды характеризуются малыми потерями в переходе, а также способностью пропускать большие токи.
Мощные выпрямительные диоды имеют массивный корпус для отвода тепла от перехода. Выпрямительные диоды обычно работают на частоте сети переменного тока 50-60Гц. Для
выпрямления высоких напряжений (единицы-десятки кВ) используются специальные высоковольтные диоды – кремниевые (выпрямительные) столбы, состоящие из нескольких включенных последовательно диодов.
Температура p-n-перехода, при которой сохраняется его работоспособность:
Ge – до 70-80 С; Si – до 120-150 С; AsGa – до 150 С.
Примеры выпрямительных |
|
диодов |
35 |
|
Емкости p-n-перехода
p-n–переход имеет две паразитных емкости, которые определяют частотные свойства диодов.
Ранее упоминалось, что p-n-переход при обратном смещении подобен конденсатору со значительным током утечки в диэлектрике. Запирающий слой – диэлектрик, а объемные заряды (+Qобр, -Qобр) по обеим сторонам диэлектрика – обкладки конденсатора, созданные ионизированными атомами донорной и акцепторной примеси. Эту емкость называют барьерной емкостью.
При постоянном напряжении барьерная емкость определяется:
Сбар = Qобр .
U
обр
Сбар = единицы ÷ сотни пФ.
При прямом напряжении p-n-переход обладает диффузионной емкостью
Cдиф.
Зависимость барьерной (а) и диффузионной (б) емкости от приложенного напряжения
Диффузионная емкость появляется в результате накопления подвижных носителей заряда в базе, когда после прохождения перехода носители не успевают рекомбинировать.
|
|
|
Qдиф |
|
Сдиф = десятки ÷ тысячи пФ. |
||
С |
|
= |
. |
|
|
|
|
диф |
|
|
|
|
|||
|
|
Uпр |
|
Сдиф >> Сбар |
|
||
|
|
|
|
|
|||
Влияние паразитных емкостей |
|
|
необходимо учитывать при |
|
|
использовании диодов на высоких |
36 |
|
частотах и в импульсных схемах. |
||
|
|
|
|
Импульсные диоды |
|
|
|
|
||
Импульсные диоды предназначены для работы в высокочастотных и импульсных схемах. |
|||||||||
iд |
VD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн >> rпр |
При Uвх > 0 диод открывает и через него протекает прямой ток |
|||||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Um . |
|
||
uвх |
|
|
|
I |
m пр |
|
|||
|
Rн |
|
|
|
Rн |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Когда входное напряжение меняет свою полярность на |
||||||
|
|
|
противоположную (Uвх |
< 0) обратную для диода, последний |
|||||
|
|
|
запирается, но не мгновенно, а в течение некоторого времени – |
||||||
uвх |
tи |
>> tп |
времени восстановления (tвос). |
|
|
||||
|
После подачи запирающего напряжения диод остается в проводящем |
||||||||
|
|
|
|||||||
|
Um |
t |
состоянии и, =>, через |
него |
протекает обратный ток, величина |
||||
|
|
которого определяется внешней цепью: |
|
||||||
0 |
|
|
|
||||||
-Um |
|
|
|
|
|
|
−Um . |
||
|
|
|
|
I |
|
|
|||
|
|
|
|
|
m обр |
||||
tи |
|
|
|
|
|
|
Rн |
||
tп |
|
|
|
|
|
|
|||
iд |
|
|
Через короткое время (tрас – время рассасывания) переход начинает |
||||||
|
|
|
запираться и в течение времени спада (tсп) обратный ток |
||||||
|
Im пр |
t |
экспоненциально спадает до установившегося значения Iобр уст. |
||||||
|
|
Диаграммы на рисунке показаны в увеличенном временном масштабе |
|||||||
0 |
|
|
|||||||
|
Iобр уст |
без учета влияния барьерной емкости. |
|
||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Im обр |
tрас |
tсп |
|
|
|
|
|
|
|
|
tвос |
|
|
|
|
|
|
|
37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Главная причина возникновения обратного импульса – разряд диффузионной емкости. Накопленный заряд мгновенно исчезнуть не может, на это требуется время – время на рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями. Это время называется tрас – время рассасывания.
tвос = tрас + tсп
Чем меньше tвос, тем лучше (т.е. диод быстрее запирается).
Для хороших диодов - tвос = 1нс ÷ 1мкс.
Время восстановления определяет максимальную рабочую частоту диода:
f = |
1 |
= |
|
1 |
. |
|
|
|
|||||
max |
T |
|
10 tвос |
|||
|
|
|||||
Внешний вид импульсных диодов
38
Стабилитроны (диоды Зенера)
|
Стабилитроны |
|
|
|
|
предназначены |
для стабилизации напряжения, используются в |
VD |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
источниках электропитания. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Стабилитроны – опорные диоды из-за их стабильного напряжения, которое |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
используется в качестве эталонного. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
В стабилитронах используется обратная ветвь ВАХ диода в области электрического |
УГО стабилитрона |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
пробоя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рисунке: напряжение меняется мало, а ток стабилитрона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iпр |
|
|
|
|
|
меняется в широком диапазоне. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для получения высоких стабильных напряжений используют |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последовательное соединение стабилитронов. |
|
|
|
Uст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные параметры стабилитронов и их примерные значения |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Uст – напряжение стабилизации, возникающее на стабилитроне при |
|||||||||||||||||||||||||
|
Uст max |
Uст min |
0 |
|
|
|
|
Uпр |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Uобр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
протекании через него заданного тока стабилизации Iст (единицы ÷ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Uст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iст min |
|
|
десятки В); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Iст min, Iст max – минимальный (доли ÷ десятки мА) и максимальный |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(единицы мА ÷ единицы А) токи стабилитрона, соответственно; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iст |
|
|
3. rдиф – дифференциальное сопротивление в режиме стабилизации |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iст max |
|
|
(доли ÷ тысячи Ом); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Существуют двуханодные стабилитроны для стабилизации и |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iобр |
|
|
ограничения разнополярных напряжений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VD |
|
УГО двуханодного стабилитрона |
39 |
Диоды Шоттки
Диоды с барьером Шоттки построены на переходе металл-полупроводник.
|
|
Работа выхода электронов у металла выше, чем у |
|
|
|
полупроводника, поэтому преобладающим будет |
|
|
|
перемещение электронов из полупроводника в |
|
|
|
металл (свободным электронам металла труднее |
|
|
|
приобрести энергию, равную работе выхода, чем |
|
|
|
электронам полупроводника). В результате металл |
|
|
|
заряжается отрицательно, а оставшиеся в |
|
|
|
полупроводнике ионы донорной примеси создают |
|
|
|
в его приграничном слое положительный |
|
|
Внешний |
||
|
потенциал. Такое распределение зарядов создает |
||
|
вид |
контактную разность потенциалов Uк |
|
|
|
||
|
|
(потенциальный барьер), препятствующий |
|
Если к таком переходу приложить |
дальнейшему перемещению электронов. При |
||
этом тонкий приграничный слой обедняется |
|||
обратное напряжение, совпадающее |
|||
носителями. Таким образом, в месте контакта |
|||
с Uк, то ширина обедненной области |
|||
возникает переход, аналогичный p-n-переходу. |
|||
увеличится, а сопротивление |
|||
|
|||
перехода возрастет. |
|
||
Если приложить прямое напряжение , то оно будет противодействовать Uк, при этом переход
сужается, потенциальный барьер уменьшается и через переход начинает течь ток. Вольт-
ампреные характеристики такого перехода и p-n-перехода оказываются аналогичными.
40