2.1 Диоды

Диод – это электрический «вентиль», то есть прибор, обеспечивающий однонаправленную передачу электрического сигнала. Диод можно считать неуправляемым ключом, который не усиливает мощность передаваемого сигнала.

14 Классификация и система обозначений приборов диодов

Классификация современных приборов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, роду исходного полупроводникового материала находит отражение в системе условных обозначений их типов.Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ГОСТ 11336.919-81 и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов.

В основу обозначений положен буквенно-цифровой код.

В основу классификации диодов можно положить различные признаки:

- вид электрического перехода (точечные и плоскостные), - физические процессы в переходе (туннельный, лавино-пролетный и т.д.), - характер преобразования энергии сигнала (светодиод, фотодиод, и др.), метод изготовления электронного перехода (диффузионные, сплавные, эпитаксиальные и др.), и т.д.

В справочниках приводится классификация по применению в РЭА или по назначению. Она отражает принцип преобразующих и нелинейных свойств электрического перехода (вариканы, стабилитроны и т.д.), исходный материал для изготовления (кремний, германий и т.д.), диапазон рабочих частот (НЧ, СВЧ, ВЧ). Таким образом, современная система обозначений вмещает значительный объем информации о свойствах прибора.Поскольку ГОСТ 11336.919-81 введен в действие в 1982 г., для ранее разработанных приборов использована иная система обозначений. Условные обозначения приборов, разработанных до 1964г. состоят из следующих элементов.Обозначение приборов разработанных между 1964г. и 1981г. мало отличается от обозначения по ГОСТ. Исключение составляют стабилитроны. В их обозначении в качестве 3-го и 4-го элемента присваивались числа зависимости от мощности (малой мощности P<= 0.3Вт; средней мощности 0,3Вт < P <= 5Вт; большой мощности P > 5Вт), причем две последние цифры каждого числа соответствуют напряжению стабилизации стабилитронов данного типа. Например:

2С168А – кремниевый стабилитрон малой мощности с Uст = 6,8В

15 Параметры диодов

Полупроводниковые диоды имеют следующие основные параметры:

1. Постоянный обратный ток диода I_ОБР – значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении, при заданном обратном напряжении.

2. Постоянное обратное напряжение U_ОБР – значение постоянного напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении.

3. Прямой постоянный ток I_ПР – значение постоянного тока, протекающего через диод в прямом направлении.

4. Прямое постоянное напряжение U_ПР – значение постоянного напряжения на диоде при заданном I_ПР.

5. Диапазон частот диода f – разность предельных значений частот, при которых средний выпрямленный ток диода не менее заданной доли его значения на низшей частоте.

Система параметров диодов включает большое число параметров. Параметры диодов подразделяются на предельные параметры, определяющие предельно допустимые значения - максимально и (или) минимально допустимые значения – и характеризующие (рабочие) параметры.

Допустимое значение параметра – это значение, при котором ожидается удовлетворительная работа прибора, а предельно допустимое значение параметра – это значение, за пределами котором прибор может быть поврежден или выведен или строя.

Характеризующее значение параметра – это значение электрической, тепловой, механической или другой величины, которая характеризует определенное свойство прибора.Разница между характеризующими и предельно допустимыми значениями параметров заключается в том, что последние нельзя измерять, их можно только проверять. Они устанавливаются на основе опытов, испытаний (часто разрушающих) или расчетов. Характеризующие значения параметров можно непосредственно или косвенно измерить. Максимально допустимыми называются параметры диода, которые обеспечивают заданную надежность и значение которых не должны превышать при любых условиях эксплуатации U_ОБР.MAX = 0.8U_ПРОБ, где U_ПРОБ – напряжение теплового или электрического прибоя (может быть от 10 до десятков тысяч вольт).Коэффициент запаса (0.8) должен выбираться в соответствии с требуемой надежностью для различных классов аппаратуры.Максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом

P_MAX = (t_{n max} – t₀)/(R_{t пk}+R_tКО), где t_{n max} – максимально допустимая температура p-n-перехода t₀ (указывается в справочнике); t₀ – температура окружающей среды; R_tПК – тепловое сопротивление между p-n-переходом и корпусом диода; R_tКО – тепловое сопротивление между корпусом диода и окружающей средой.

I_{пр max} = P_max/U_n – максимально допустимый прямой ток диода.

Предельные параметры диодов с повышением температуры снижаются.

Кроме основных параметров, каждый подкласс диодов характеризуется дополнительно электрическими величинами, определяющими их работу. Например: для выпрямительных диодов это значение: U_{обр. ср} – среднее за период значение обратного напряжения; I_обр._ср; U_пр.ср и т.д. Для импульсных: U_пр.и.max – максимальные импульсные прямые напряжения и ток; t_уст – время установления прямого напряжения; t_вос – время восстановления обратного сопротивления. По мере восстановления импульсные диоды делятся на: миллисекундные t_вос>0,1мс; микросекундные 0,1мс>t_вос>0,1мкс; наносекундные t_вос<0,1мкс.

Для стабилитронов основными параметрами являются следующие:

1. U_СТ – напряжение стабилизации – значения напряжение на стабилитроне, при протекании заданного тока стабилизации.

2. I_{СТ MAX} и I_СТMIN – максимальные и минимальные токи стабилизации. I_MAX=P_MAX/U_СТ

3. дифференциальное сопротивление – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот. (r_СТ=dU_СТ/dI_СТ). Этот параметр характеризует основными свойства стабилитрона. Чем он меньше, тем лучше осуществляется стабилизация.

4. Статическое сопротивление или сопротивление стабилитрона на постоянном токе в рабочей точке R_СТАТ=U_СТ/I_СТ

5. Температурный коэффициент напряжения α_СТ=(U_СТ/U_СТ)* T. Он показывает, относительное изменения напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на один градус при постоянном значении тока. Иногда α_СТ выражают в процентах α_СТ=(U_СТ/U_СТ)* T*100%