Лекція 4
Тема: Напівпровідникові діоди.
1. Включення р-n переходу у зворотньому напрямку, його вольт-амперна характеристика.
2. Загальна вольт-амперна характеристика р-n переходу.
3. Визначення, умовне позначення, принцип дії та вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода.
4. Конструкція напівпровідникового діода.
Зовнішнє джерело напруги та р-n перехід можуть вмикатися таким чином, як показано на рисунку 4.1
Ізв
— +
Uзв
Рисунок 4.1 – Робота p-n переходу у зворотньому напрямку.
Для схеми, зображеної на рисунку 4.1 напруга зовнішнього джерела збільшує потенціальний бар’єр. Таке включення p-n переходу називається зворотнім. Досить великий потенціальний бар’єр перешкоджає переміщенню основних носіїв заряду з однієї області в іншу. Тобто електрони не можуть переміщуватись з області n в область р, а дірки не можуть переміщуватись з області р в область n. Це означає, що прямий струм дорівнює нулю.
Але у кожному домішковому напівпровіднику окрім основних носіїв заряду, є неосновні, які виникають за рахунок випадкового руйнування ковалентних зв’язків під дією температури навколишнього середовища, магнітних полів. Для області р неосновні – це електрони, для області n –дірки. Кількість неосновних носіїв незначна. При зворотньому включенні р-n переходу зворотна напруга забезпечує наявність зворотнього струму крізь p-n перехід, але величина цього струму буде значно меншою, ніж величина прямого струму.
Це відображається на вольт-амперній характеристиці p-n переходу (рисунок 4.2).
Uзв 0
Ізв
Рисунок 4.2 – Вольт-амперна характеристика p-n переходу при зворотньому включенні
2. Загальна вольт-амперна характеристика p-n переходу складається з вольт-амперної характеристики p-n переходу при прямому включенні та характеристики p-n переходу при зворотньому включенні (рисунок 4.3).
Іпр
Uпр Uпр
Ізв
Рисунок 4.3 – Загальна вольт-амперна характеристика p-n переходу.
Вольт-амперна характеристика p-n переходу показує, що прямий струм через p-n перехід є значно більшим, ніж зворотній. Це пояснюється тим, що кількість (концентрація) основних носіїв заряду у домішкових напівпровідниках є значно більшою ніж концентрація неосновних носіїв. Ця різниця може бути від 10 до 1000 разів. У багатьох випадках величиною зворотнього струму можна нехтувати, тобто вважати, що крізь p-n перехід струм тече тільки в одному напрямку (прямому).
Таку властивість p-n переходу називають односторонньою провідністю, або вентильним ефектом. Ця властивість p-n переходу покладена в основу дії напівпровідникових діодів.
3.Напівпровідниковий діод – це двохелектродний напівпровідниковий прилад з однім p-n переходом. Іншими словами можна сказати, що напівпровідниковий діод – це конструктивно оформлений p-n перехід (рисунок 4.4).
2
1 1
3
Рисунок 4.4 – Загальний принцип побудови напівпровідникового діоду.
Умовне позначення напівпровідникового діоду наведено на рисунку 4.5.
А
VD
К
+ —
Іпр
Ізв
А – анод діода
К – катод діода
VD – вентіль діодний
Рисунок 4.5 – Умовне позначення напівпровідникового діоду.
Принцип дії напівпровідникового діоду визначається принципом дії p-n переходу при прямому та зворотньому включенні. Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діоду має вигляд, подібний вигляду загальної характеристики p-n переходу.
1 – зовнішні виводи
2 – кристалотримач
3 – корпус
4 – скляний ізолятор
5 – алюмінієвий дріт
6 – кристал
7 – припой
Рисунок 4.6 – Конструкція напівпровідникового діоду.