3.2. Общие сведения о полупроводниковых диодах

а

б

1

2

3

2

3

p

1

4

n

Рис. 3.8. Конструкция точечного диода:

а) 1 — n зона; 2 — контактная пружина; 3 — p зона; 4 — p-n переход;

б) 1 — корпус; 2 — трубка; 3 — вывод

пластинки из полупроводника с электронной проводимостью.

Сверху в пластину упирается контактная пружина из вольфра-

мовой проволоки, заострённый конец которой покрыт слоем алю-

миния или индия. Этот слой — акцепторная примесь — обеспе-

чивает создание около заострённого конца полупроводника об-

ласти с дырочнойпроводимостью. Длязащитыпереходаотвнешних

воздействий его помещают в стеклянный или металлический герме-

тический корпус 1. Точечные диоды благодаря небольшой площади

p-n перехода и незначительной ёмкости применяют в высокочастот-

ных диодах.

Плоскостные диоды(рис.

3.9) выполняют в виде плас-

тинки, закреплённой на дер-

жателе. В эту пластинку

сплавлением или диффузией

внедряют атомы индия или

германия,

или алюминия

для кремния, образуя n пе-

реход. Верхний контакт

представляет собой массив-

Рис. 3.9. Конструкция плоскостного

ную деталь, способную про-

диода:

пускать значительные токи

1 — наружный вывод; 2 — внутренний

и рассеивать тепло. Всё это

вывод; 3 — трубка; 4 — цилиндр; 5 —

помещают в герметизиро-

корпус; 6 — контакт; 7 — p-n переход

32

вольт-амперной характеристики; у стабисторов — прямой участок

характеристики.

Варикапы — полупроводниковые диоды, ёмкость которых мож-

но изменять в широких пределах. Конструктивно их выполняют

плоскостного типа на основании кремния, германия или арсенида

галлия.

3.3. Выпрямительные диоды

Общие сведения

Выпрямительныеполупроводниковыедиодыпредназначеныдля

преобразования переменного тока в постоянный. Диапазон токов

этих широко используемых на железнодорожном транспорте при-

боров весьма велик: от десятков миллиампер (в устройствах желез-

нодорожной автоматики и связи) до десятков ампер (в аппаратуре

подвижного состава и тягового электроснабжения). Для получения

большого прямого тока увеличивают площадь p-n перехода. По-

этому многие выпрямительные диоды плоскостные.

Выпрямительныйполупроводниковыйдиодпредставляетсобой

прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Вывод, к которо-

му течёт ток из внешней электрической цепи при прямом включе-

нии диода (вывод из зоны типа p), называют анодным; вывод, от

которогопрямойтокнаправляетсявовнешнююцепь(выводиззоны

типа n), именуют катодом.

Основные параметры

Эксплуатационные свойства выпря-

мительных диодов характеризуют их

параметры, приводимые в справочной

литературе.

Номинальные значения токов и

напряжений определяются ветвями

вольт-амперной характеристики ди-

ода (рис. 3.10): Uпр — постоянное пря-

мое напряжение диода при заданном

постоянном токе Iпр; Iобр — постоян-

Рис. 3.10. Вольт-амперная

ный обратный ток диода, протекающий

характеристика диода

34

сопротивление диода в обратном направлении R0обр, которое от-

носительно велико, но не равно бесконечности.

Для полупроводникового диода установились следующие поня-

тия, характеризующие его свойства:

прямой ток (Iпр) — это ток, протекающий через диод в прямом

направлении. Его максимальная величина при длительном проте-

кании не должна вызывать недопустимого перегрева диода и за-

метного изменения его характеристики;

выпрямленный ток — это среднее значение выпрямленного тока

или постоянная составляющая пульсирующего тока;

обратный ток (Iобр) — это ток, протекающий через диод, когда

к диоду приложено обратное напряжение.

Силовой диод

Силовые диоды выполняют из монокристалла кремния. Для по-

лучения p-n перехода используют сплавной или диффузионный ме-

тод. Для обеспечения надёжного отвода тепла от p-n перехода ис-

пользуютохладительныерадиаторы. Наибольшаятемпература, при

которой работают кремниевые диоды, до 140 °С и определяется ус-

ловиями надёжности спаян-

ных соединений.

На рис. 3.11 приведена

вольт-ампернаяхарактеристи-

ка силового диода. Парамет-

ры, характеризующиесиловые

полупроводниковые диоды:

—

номинальный пря-

мойтокIном — этотакойток,

который может проходить

черездиоддлительноевремя,

не перегревая его;

— падение напряжения в

проводящем направлении ∆U

при номинальном токе;

— обратноемаксимальное

Рис. 3.11. Вольт-амперная характери-

напряжение Uобрmax, при

превышениикоторогопроис-

стика силового диода

ходит пробой диода;

36

увеличивается, и напряжение пробоя в средней части пластины ока-

зывается меньшим, чем у торца пластин. У лавинных диодов об-

ратный ток в процессе пробоя хотя и нарастает лавинообразно, но

остается «управляемым» и протекает по всей площади структуры,

а воспринимаемое диодом напряжение ограничивается. Лавинные

диоды допускают большую мощность рассеивания в обратном на-

правлении и поэтому устойчивее к перенапряжению, а также име-

ют более низкий запас по обратному напряжению по сравнению с

обычными (20 % вместо 50 %).

Схемы включения диодов

Амплитуда обратного напряжения Uвхm, подаваемого на диод,

не должна превышать его максимально допустимое обратное на-

пряжениеUобрmax; максимальнодопустимыйпрямойтокдиодадол-

жен быть больше амплитуды тока нагрузки.

Если амплитуда Uвхm превышает Uобрmax, то несколько диодов

Rш

соединяют последова-

тельно (рис. 3.13). Чис-

ло последовательно со-

VD1

VD2

VD3

единяемых диодов

U1

U2

U3

n = Uвхm ×Kз,

3.6

Uобр

Рис. 3.13. Последовательноевключениедиодов

где K — коэффициент

з

запаса, обычно Kз =

VD3

I1

1,2¸1,4.

Многие типы полу-

проводниковых диодов

I2

имеют большой разброс

VD2

значений обратного со-

противления Rобр. По-

этомуобратноенапряже-

VD1

I3

Rб

ние распределяется не-

равномерно

между

последовательно вклю-

Рис. 3.14. Параллельное включение диодов

чёнными диодами. Наи-

38