Напівпровідникові діоди, Контент-платформа
9 НАПІВПРОВІДНИКІ ДІОДИ
Напівпровідниковий діодназивається напівпровідниковий прилад, що містить один електричний перехід з двома висновками для підключення у зовнішній ланцюг.
Діод-двополюсний елемент. Один його електрод називаєтьсяанодом, інший -катодом. Як електричний переход у напівпровідникових діодах, як правило, використовуються електронно-дірковий перехід або перехід Шоттки, тобто випрямляє контакт між металом і напівпровідником.
На практиці застосування діодів ґрунтується на тій чи іншій властивості випрямляючого електричного переходу. Важлива властивість напівпровідникових діодів – одностороння провідність – широко застосовується у пристроях випрямлення, обмеження та перетворення електричних сигналів. Зміна бар'єрної ємності p-n переходу під дією зворотної напруги використовується в приладах, що отримали назвуварікапи. Явище оборотного електричного пробою p-n переходу використовується у приладах для стабілізації напруги. Ці прилади називаютьсястабілітронами.
Напівпровідникові діоди утворюють численні типи та групи. Їх можна класифікувати за різними ознаками:
¾ за основним напівпровідниковим матеріалом (германієві, кремнієві, на основі сполук галію або індія і т. д.);
¾ за конструктивно-технологічними особливостями (площинні, точкові, сплавні, дифузійні та ін);
¾ фізичним процесам, на використанні яких заснована робота діода: тунельні, лавинно-прогонові, фотодіоди, світлодіоди. діоди Ганна та ін.
Однак основною ознакою для класифікації є призначення приладу: випрямні, універсальні, стабілітрони, варикапи, детекторні, параметричні,Змішувальні, імпульсні, НВЧ-діоди та інші типи діодів, деякі з яких з їх основними характеристиками та умовно-графічними позначеннями (УДО) по ОСТ наведені в таблиці 1.5.
В електричних схемах напівпровідникові діоди прийнято позначати як VD1, VD2 і т.д.
В основу повної системи позначень напівпровідникових діодів (їх маркування) покладено буквено-цифровий код відповідно до ГОСТу. Детальна розшифровка цього коду наведена у Додатку 2.
Таблиця 1.5 Основні типи напівпровідникових діодів
Випрямляючимизазвичай називають діоди, призначені для перетворення змінної напруги промислової частоти (50 або 400 Гц) в постійне. Основою діода є типовий p-n перехід. У практичних випадках p-n перехід діода має достатню площу для того, щоб забезпечити великий прямий струм. Для отримання більшої зворотної (пробивної) напруги діод зазвичай виконується з високоомного матеріалу.
Основними параметрами, що характеризують випрямні діоди, є (рисунок 1.13):
- максимальний прямий струм Iпр max;
- Падіння напруги на діоді при заданому значенні прямого струму Iпр (Uпр » 0.3. 0,7 В для германієвих діодів і Uпр » 0,8. 1,2 В - для кремнієвих);
- максимально допустима постійна зворотна напруга діода
- Зворотний струм Iобр при заданому зворотному напрузі Uобр (значення зворотного струму германієвих діодів на два - три порядки більше, ніж у кремнієвих);
- бар'єрна ємність діода при подачі на нього зворотної напруги деякої величини;
- Діапазон частот, в якому можлива робота діода без істотного зниження випрямленого струму;
- робочий діапазон температур (германієвідіоди працюють у діапазоні -60. +70 ° С, кремнієві - в діапазоні -60. +150°С, що пояснюється малими зворотними струмами кремнієвих діодів).
Малюнок 1.13-ВАХ та параметри випрямляючих діодів
Випрямні діоди зазвичай поділяються на діоди малої, середньої та великої потужності, розраховані на випрямлений струм до 0,3 А та від 0,3 до 10 А і понад 10 А відповідно.
Для роботи на високих напругах (до 1500 В) призначені випрямні стовпи, що є послідовно з'єднаними p-n переходами, конструктивно об'єднані в одному корпусі. Випускаються також випрямні матриці та блоки, що мають в одному корпусі по чотири або вісім діодів, з'єднані за мостовою схемою випрямляча і мають Iпр max до 1 А і Uo6p max до 600 В.
При протіканні великих прямих струмів Iпр і певному падінні напруги на діоді Uпр B ньому виділяється велика потужність. Для відведення даної потужності діод повинен мати більші розміри p-n переходу, корпусу та висновків. Для покращення тепловідведення використовуються радіатори або різні способи примусового охолодження (повітряне або водяне).
Серед випрямляючих діодів слід виділити особливо діод із бар'єром Шоттки. Цей діод характеризується високою швидкодією і малим падінням напруги (Uпp >τт і τі 2 τт, то температура структури діода в кінці імпульсу НВЧ сигналу приблизно відповідає температурі структури при дії безперервної НВЧ потужності, що дорівнює потужності імпульсу, тобто ;
- при τпз≥5τт можна знехтувати накопиченням тепла в структурі протягом нескінченної послідовності імпульсів НВЧ сигналів.
У таблиці 1.6 наведено параметри деяких комутаційних та обмежувальних p-i-n-діодів, що випускаються вітчизняною промисловістю.
Таблиця 1.6 -Основні параметри вітчизняних p-i-n – діодів