ЛЕКЦИЯ 30 ТЕМА: Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющим два вывода.
Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема структуры полупроводникового диода (а)
и его графическое обозначение (б)
Буквами p и n обозначены слои полупроводника с проводимостями соответственно p-типа и n-типа. В контактирующих слоях полупроводника (область p-n-перехода на рис. 2.2) имеет место диффузия дырок из слоя p в слой n, причиной которой является то, что их концентрация в слое p значительно больше их концентрации в слое n. В итоге в приграничных областях слоя p и слоя n возникает так называемый обедненный слой, в котором мала концентрация подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Обедненный слой имеет большое удельное сопротивление. Ионы примесей обедненного слоя не компенсированы дырками или электронами. В совокупности ионы образуют некомпенсированные объемные заряды, создающие электрическое поле с напряженностью Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя p в слой n и переходу электронов из слоя n в слой p. Оно создает так называемый дрейфовый поток подвижных носителей заряда, перемещающий дырки из слоя n в слой p и электроны из слоя p в слой n. Таким образом, в зависимости от полярности проходящего через диод тока, проводимость диода существенно изменяется, приводя к изменению величину проходящего тока.
Основные характеристики полупроводникового диода представляются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока i, протекающего через диод, от напряжения u, приложенного к диоду. Вольт-амперной характеристикой называют и график этой зависимости (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Вольт-амперная характеристика и основные параметры полупроводникового диода
Диоды обычно характеризуются следующими параметрами (рис. 2.3):
обратный ток при некоторой величине обратного напряжения Iобр, мкА;
падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод Uпр, в;
емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины С, пФ;
диапазон частот, в котором возможна работа без снижения выпрямленного тока fгр, кГц;
рабочий диапазон температур.
Техническими условиями задаются обычно максимальные (или минимальные) значения параметров для диодов каждого типа. Так, например, задается максимально возможное значение обратного тока, прямого падения напряжения и емкости диода. Диапазон частот задается минимальным значением граничной частоты fгр. Это значит, что параметры всех диодов не превышает (а в случае частоты – не ниже) заданного техническими условиями значения. Общий вид диодов показан на рис 2.4.
Рис. 2.4. Конструкция диодов малой мощности (а) и средней мощности (б)
Стабилитрон. Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 2.5,а.
Рис. 2.5. Графическое изображение полупроводниковых диодов:
а) стабилитрон; б) диод Шоттки; в) варикап; г) туннельный диод;
д) обращенный диод
Классификация и система обозначений. Классификация современных полупроводниковых диодов (ПД) по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозначений диодов в соответствии с ГОСТ 20859.1-89.
Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, второй (буква) – подкласс приборов, третий (цифра) – основные функциональные возможности прибора, четвертый – число, обозначающее порядковый номер разработки, пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии.
Для обозначения исходного полупроводникового материала используются следующие символы:
Г, или 1 – германий или его соединения;
К, или 2 – кремний или его соединения;
А, или 3 – соединения галлия;
И, или 4 – соединения индия.
Для обозначения подклассов диодов используется одна из следующих букв:
Д – диоды выпрямительные и импульсные;
Ц – выпрямительные столбы и блоки;
В – варикапы;
И – туннельные диоды;
А – сверхвысокочастотные диоды;
С – стабилитроны;
Г – генераторы шума;
Л – излучающие оптоэлектронные приборы;
О – оптопары.
Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных признаков приборов (их функциональных возможностей) используются следующие цифры.
Диоды (подкласс Д):
1 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого
тока не более 0,3 А;
2 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого
тока более 0,3 А, но не свыше 10 А;
4 – импульсные диоды с временем восстановления обратного
сопротивления более 500 нс;
5 – импульсные диоды с временем восстановления более 150 нс, но не
свыше 500 нс;
6 – импульсные диоды с временем восстановления 30…150 нс;
7 – импульсные диоды с временем восстановления 5…30 нс;
8 – импульсные диоды с временем восстановления 1…5 нс;
9 – импульсные диоды с эффективным временем жизни неосновных
носителей заряда менее 1 нс.
Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц):
1 – столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более
0,3 А;
2 – столбы с постоянным или средним значением прямого тока 0,3…10 А;
3 – блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3 А;
4 – блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3…10 А.
Варикапы (подкласс В):
1 – подстроечные варикапы;
2 – умножительные варикапы;
Туннельные диоды (подкласс И):
1 – усилительные туннельные диоды;
2 – генераторные туннельные диоды;
3 – переключательные туннельные диоды;
4 – обращенные диоды.
Сверхвысокочастотные диоды (подкласс А):
1 – смесительные диоды;
Контрольные задания:
1.Внимательно изучить предложенную тему.
2.Составить конспект по изученному материалу.
3.Углубленно изучить материал, используя Интернет-ресурсы.