Диоды: выпрямительные, импульсные, СВЧ, стабилитроны, варикапы, туннельные, обращенные

Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор (ППП) с одним p–n- переходом, обладающий односторонней проводимостью тока.

Выпрямительные диоды. Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер). Если к p–n -переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4…0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым). При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n- перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.

Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.

Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1…100 мкс).

I

I_max

I_min

U _пр

К специфическим параметрам импульсных диодов относятся:

– время восстановления T _восст – это интервал времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное и моментом, когда обратный ток уменьшится до заданного значения

– время установления T _уст – это интервал времени между началом протекания через диод прямого тока заданной величины и моментом, когда напряжение на диоде достигнет 1,2 установившегося значения

– максимальный ток восстановления I _{обр.имп.макс}., равный наибольшему значению обратного тока через диод после переключения напряжения с прямого на обратное.

Туннельные диоды применяют в качестве переключателей, усилителей или генераторов колебаний, поскольку ВАХ этих диодов (рис. 1.3) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При этом частота переключений может достигать 40 ГГц. Для получения туннельных диодов используют полупроводниковые материалы с очень большим содержанием примесей и добиваются очень малой ширины p–n- перехода (на два порядка меньше, чем у обычных плоскостных выпрямительных диодов).

Обращенные диоды получают при концентрации примесей в p- и n-областях меньшей, чем у туннельных диодов,
но большей, чем у обычных выпрямительных диодов. Такой диод оказывает малое сопротивление проходящему току при обратном включении (рис.1.4) и сравнительно большое сопротивление при прямом включении. Поэтому их применяют при выпрямлении малых сигналов с амплитудой напряжения в несколько десятых вольта.

I,м А

0,1

U, В

0,4

0,2

Рис.1.4. УГО и ВАХ обращенных диодов

Высокочастотные диоды - это приборы универсального назначения, которые могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов в диапазоне до 600 МГц. Они изготовляются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру. Точечная структура высокочастотных диодов обеспечивает небольшую величину емкости p-n перехода (не более 1 пФ), что позволяет эффективно использовать их на высоких частотах. Однако малая площадь контакта между частями полупроводника с проводимостью n и р не позволяет рассеивать в области р-n перехода значительные мощности, поэтому высокочастотные диоды не используются в схемах, рассчитанных на большие напряжения и токи, и применяются, главным образом, в измерительной аппаратуре и низковольтных слаботочных выпрямителях.

Стабилитроны – полупроводниковые диоды, напряжение на которых в области электрического пробоя слабо зависит от тока. Их используют для стабилизации напряжения.Рабочим участком на ВАХ стабилитрона является зона электрического пробоя (рис. 1.6).

I

U

D Uст

I _ст.мин

I _{ст.макс}

Рабочий участок

Чаще всего материалом для стабилитронов служит кремний. Основные параметры стабилитрона:

1) напряжение стабилизации U_ст;

2) дифференциальное сопротивление на участке стабилизации R _д = dU_ст /dI _ст;

3) минимальный и максимальный токи стабилизации I _ст.мин и I _{ст.макс}. Минимальный ток стабилизации обусловлен нелинейностью обратной ветви ВАХ, максимальный – допустимой температурой кристалла;

4) температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации, показывающий на сколько (в процентах) изменится U_ст при изменении температуры кристалла на 1°С (прил.2): TKU=dU_ст/UdT∙100 %

Варикапы. Это полупроводниковые диоды, используемые в качестве емкостного элемента, управляемого электрическим напряжением. Емкость диода зависит от величины обратного напряжения (рис.1.7). Основными параметрами варикапа являются общая емкость С, фиксируемая обычно при небольшом обратном напряжении 2…5 В, и коэффициент перекрытия по емкости

К_с = С_макс / С_мин при двух заданных значениях обратных напряжений. В большинстве случаев С =10…500 пФ и К_с =5…20. Варикапы применяют в системах дистанционного управления и автоматической подстройки частоты.

Дата добавления: 2014-01-03