Тема 5.3 Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковым диодом называют прибор с одним p-n-переход и двумя выводами.

Полупроводниковые диоды классифицируются:

- по исходному материалу:

- германиевые;

- кремниевые;

- на основе соединений галлия;

- в зависимости от способа получения p-n-переходов:

- точечные;

- плоскостные;

- сплавные;

- диффузионные и эпитаксиальные;

- по функциональному назначению п.п. диоды бывают:

- выпрямительные;

- стабилитроны;

- варикапы;

- туннельные;

- импульсные;

- диоды с переходом Шотки;

- диоды Ганна;

- фотодиоды;

- светодиоды.

Кроме одиночных диодов в промышленности выпускаются диодные сборки, столбы и блоки, состоящие из специально подобранных диодов, помещённых в один корпус.

Графические изображения диодов.

- выпрямительный диод, импульсный и универсальный диод - Д;

- туннельный диод – И;

- односторонний стабилитрон - С;

- варикап - В;

- диодный тиристор (динистр) – Н;

- незапираемый триодный тиристор (тринистор), управляемый по катоду – У;

- фотодиод- Ф;

- светодиод (СИД) – Л.

Условное обозначение п.п. приборов представляет собой буквенно-цифровой код, состоящий из пяти элементов:

- первый элемент – буквы Г, К, А и И или цифры 1, 2, 3 и 4, указывающие на материал, соответственно германий, кремний, соединения галлия и соединения индия. Обозначения, начинающиеся с цифры, присваиваются приборам, которые могут работать при повышенных температурах;

- второй элемент – буква, обозначающая подкласс прибора;

- третий – цифра, характеризующая один из основных признаков прибора.

- четвёртый элемент – числа от 01 до 99, обозначающие порядковый номер разработки технологического типа;

- пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию приборов, изготовленных по единой технологии.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Частотный диапазон их работы невелик, в основном 50 Гц, только в специальных преобразователях до 100 кГц.

Яркими представителями являются кремниевые и германиевые диоды.

Они характеризуются малым сопротивлением в прямом направлении, что даёт возможность пропускать большие токи. Допустимое обратное напряжение для кремниевых диодов лежит в пределах 1000 – 1500В, при этом имеют меньше обратные токи. У германиевых U_{обр. max} = 100 …400В.

Основной характеристикой выпрямительных диодов является ВАХ:

Кремниевые диоды могут работать при температуре от -60…85ºС. При этом при увеличении температуры увеличивается собственная проводимость германиевых диодов, что приводит к увеличению их обратных токов.

При одинаковом прямом токе мощность рассеиваемая в германиевом диоде, меньше, чем в кремниевом. Поэтому германиевые диоды применяют в выпрямительных установках, работающих на низких напряжениях.

Рисунок 5.8 Вольтамперные характеристики германиевого (1) и кремниевого (2) диодов.

К основным стандартизированным параметрам выпрямительных диодов относятся:

- средний прямой ток Iпр.ср;

- постоянное прямое напряжение Uпр.;

- максимальное допустимое обратное напряжение Uобр.max;

- постоянный обратный ток Iобр.;

- максимально допустимая мощность Pmax;

- дифференциальное сопротивление: r_диф = .

Стабилитрон – п.п. диод, на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от тока в заданном диапазоне, предназначенный для стабилизации напряжения.

Исходным материалом для изготовления стабилитронов является пластинка кремния n-типа. В неё вплавляется алюминий, являющийся акцепторной примесью для кремния. Затем кристалл с p-n переходом помещают в герметизированный металлический корпус.

Нормальным режимом работы стабилитронов является работа при обратном напряжении, соответствующем обратимому электрическому пробою p-n перехода.

Можно использовать и германий, но по температурной стабильности он хуже, чем кремний.

Важнейшей характеристикой стабилитрона является ВАХ. Из которой видно, что при изменении в широких диапазонах тока падение напряжения практически не изменяется. Это свойство позволяет использовать их в качестве стабилизаторов напряжений.

Рисунок 5.9 – Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона.

Основные параметры стабилитрона:

- напряжение стабилизации – Uст;

- максимальный и минимальный токи стабилизации – Iст.min. и Iст.max.;

- максимальная мощность рассеивания Pmax;

- дифференциальное сопротивление:

r_ст = ;

- температурный коэффициент напряжения стабилизации:

αст = ;

- статическое сопротивление:

.