←предыдущая следующая→
1 2 3
На основе использования свойств р-n-перехода в настоящее
время создано множество различных типов полупроводниковых
диодов.
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования пе-
ременного тока в постоянный.Их основные параметры: Iпр max
-максимальный прямой ток; Vпр^^&-- падение напряжения на диоде
при прямом смещении и заданном токе;Iобр -ток через диод при
обратном смещении и заданном напряжении;Vобр max - макси-
мальное обратное напряжение; f-диапазон частот,в котором
выпрямленный ток не снижается меньше заданного уровня.
По величине выпрямленного тока выпрямительные диоды
малой(Iпр < 0,3А),средней (0,3 A <Iпр >10 А) и большой (Iпр
>10A) мощности. Для создания выпрямительных диодов приме-
няются плоскостные p-n-переходы,полученные сплавлением и
диффузией.Высокие значения Iпр обеспечиваются использова-
нием p-n-переходов с большой площадью.
Большие значения Vобр max достигаются использованием в ка-
честве базы диода материала с высоким удельным сопротивле-
нием.Наибольшие значения Vобр max могут быть получены при
использовании p-i-n-диода,так ширина области объемного заря-
да в нем наибольшая,а следовательно,наибольшее и значение
напряжение пробоя.Так как с изменением температуры Vобр max
изменяется, то его значение дается для определенной темпера-
туры (обычно комнатную) .
При больших Iпр в диоде, вследствие падения напряжения на
нем, выделяется тепло.Поэтому выпрямительные диоды отличают-
ся от остальных типов диодов большими размерами корпуса и
внешних выводов для улучшения теплоотвода.
Выпрямительные диоды изготавливают в настоящее время в ос-
новном из кремния и германия.Кремниевые диоды позволяют по-
лучать высокие обратные напряжения пробоя, так как удельное
сопротивление собственного кремния (p 10 Ом см) много
больше удельного сопротивления собственного германия(p 50 Ом
см).Кроме этого, кремниевые диоды оказываются работоспособ-
ными в большем интервале температур (-60...+125С),поскольку
ширина запрещенной зоны в кремнии(1,12эВ)больше, чем в гер-
мании(0,72эВ), а следовательно, обратный ток меньше(1,46).
Германиевые диоды работоспособны в меньшем интервале темпе-
ратур(-60...+85C),однако их выгоднее применять при выпрямле-
нии низких напряжений, так как Vпр для германиевых
диодов(0,3...0,8 B ) меньше , чем для кремниевых(до
1,2В).Следовательно, меньше будет и мощность, рассеиваемая
внутри германиевого диода.
Полупроводниковые диоды, на вольт-амперной характеристи-
ке которых имеется участок со слабой зависимостью напряже-
ния от тока,называются стабилитронами.Таким участком являет-
ся участок пробоя p-n-перехода.Для изготовления стабилитро-
нов используют кремний, так как обратный ток кремниевых дио-
дов, по сравнению с германиевыми, меньше зависят от темпера-
туры,а следовательно, вероятность теплового пробоя в них
меньше и напряжение на участке пробоя (лавинного или тун-
нельного)почти не изменяется с изменением тока.
Основные параметры стабилитронов:Vст-напряжение стабилиза-
ции;Iст min-минимальный ток,с которого начинается стабилиза-
ция напряжения;Rд=dV/dI-дифференциальное сопротивление (в
рабочей точке);Rстат=V/I-статическое сопротивление (в рабо-
чей точке); Q=Rд/Rстат-коэффициент качества;
ТНК=(1/Vст)(dVст/dT)-температурный коэффициент напряжения
стабилизации.
Стабилитроны изготавливаются с различными значениями
Vст,от 3 до 200 В.
Для диодов с Vст>7В ширина p-n-перехода
достаточно велика и механизм пробоя лавинный. С ростом тем-
пературы обратный ток диода увеличивается, так-же увеличи-
вается и напряжение пробоя. Это обусловлено тем, что тепло-
вое рассеяние увеличивается, длина свободного пробега носи-
телей уменьшается и к p-n-переходу требуется приложить
большее напряжение, чтобы носители заряда на большем пути
(равном длине свободного пробега) набрали кинетическую энер-
гию, достаточную для ионизации.
В диодах с Vст<7В ширина p-n-перехода мала и наряду с ла-
винным механизмом действует и туннельный.
Конструктивно стабилитроны изготавливаются подобно выпря-
мительным диодам, и их можно использовать вместо диодов.
Импульсные Диоды
Импульсными называются диоды, которые могут работать с
временами переключения 1 мкс и меньше. Высокочастотными -
выпрямительные диоды, предназначенные для работы на часто-
тах до 150 МГц и выше.
Большое влияние на характеристики p-n-перехода на высоких
частотах оказывает зарядная емкость. Ее влияние проявляется
в шунтировании p-n-перехода на высоких частотах и ухудшении
выпрямляющих свойств. В импульсных диодах наличие зарядной
емкости приводит к искажению формы импульса. Поэтому им-
пульсные и высокочастотные диоды характеризуются как малым
значением диффузионной емкости так и малым значением заряд-
ной емкости. Малое значение зарядной емкости достигается
уменьшением площади p-n-перехода. Поэтому основная конструк-
тивная задача заключается в уменьшении площади p-n-перехода.
Для изготовления импульсных и высокочастотных диодов
используют германий и кремний. Преимуществом диодов из гер-
мания является малое значение падения напряжения на диоде
при прямом смещении, что существенно при работе диодов при
малых сигналах.
Представляет интерес создание импульсных и высокочастот-
ных диодов на основе гетеропереходов с одним типом проводи-
мости, например, n1-n2.
Если работа выхода электронов
из широкозонного полупроводника
меньше, чем из узкозонного, то
энергетическая диаграмма n1-n2-
гетероперехода может быть пред-
ставлена в виде (Рис. 1)
Рис. 1
При подаче напряжения на гетеропереход, например положи-
тельного на n2, а отрицательного на n1-полупроводник, элек-
троны из n1-полупроводника смогут переходить в n2-полупро-
водник. Через гетеропереход протекает ток, и такую поляр-
ность внешнего напряжения можно назвать прямой.
При обратном смещении электроны из n2-полупроводника бу-
дут скатываться в потенциальную яму перед переходом, пройти
который они не могут, так как перед ними находится потен-
циальный барьер. Обратный ток может образоваться только за
счет туннельного перехода электронов из n2-полупроводника
через потенциальный барьер и за счет перехода дырок из n1- в
n2-полупроводник. Для его уменьшения первый полупроводник
должен быть достаточно сильно легирован, чтобы концентрация
неосновных носителей была мала, а ширина перехода должна
←предыдущая следующая→
1 2 3