Разновидности полупроводниковых диодов

Разновидностей полупроводниковых диодов тьма. Делятся они по классам, признакам, по назначению и пр. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции.

В зависимости от структуры различают точечные и плоскостные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n-перехода, такие же, как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщины перехода.

Точечные диоды имеют малую емкость перехода (обычно менее 1 пФ) и поэтому применяются на любых частотах, вплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более единиц или десятков миллиампер.

Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и, соответственно, их применяют на частотах не выше десятков килогерц, а допустимый ток бывает до сотен ампер. На рисунке представлена конструкция точечных и плоскостных диодов.

Рис. 1 - Принцип устройства точечного диода

Рис. 2 - Принцип устройства плоскостных германиевых диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузионным методом(б)

Рассмотрим теперь диоды различного назначения.

Выпрямительные диоды. Как видно из названия их основное предназначение - выпрямление переменного тока (напряжения). Процесс этот весьма важен в радиоэлектронике, поскольку питание практически всех устройств осуществляется постоянным напряжением, а, упрощенно говоря, в розетке напряжение переменное. Вообще, в электронике (в частности в радиотехнике) изменение чего то там по закону синуса (косинуса) описывается всякими формулами, типа u=U_msinωt да еще и плюс начальная фаза.

Напряжение в розетке изменяется по синусоидальному закону, т. е. явно является переменным. Наглядно это показано на рисунке (начальная фаза равна нулю).

Рис. 3 - Обобщенный вид переменного напряжения

Допустим, вот это вот воздействует на диод. Поскольку диод обладает однонаправленными свойствами (его еще называют вентиль), т. е. пропускает ток только в одном направлении, положительные полуволны (которые наверху) входного напряжения будут «проходить» через диод, отрицательные - нет. В данном случае при отрицательной полуволне диод оказывается включенным при обратном напряжении. Весь процесс выглядит примерно так:

Рис. 4 - Процесс выпрямления напряжения

На второй части графика небольшое отрицательное напряжение есть не что иное, как воздействие обратного тока, но этим можно пренебречь. Таким образом, на нагрузке выделяются только положительные полуволны входного переменного напряжения. Соответственно, задача выпрямителя состоит в преобразовании переменного напряжения в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное и именно пульсирующее. До постоянного тога еще далеко. Самая простая схема выглядит так:

Рис. 5 - Простейшая схема выпрямителя

Для того, чтобы на нагрузке не было таких жутких пульсаций, параллельно резистору ставят конденсатор большой (даже огромной) емкости.

Вот мы и рассмотрели принцип выпрямления тока полупроводниковым диодом, для чего их, собственно, и придумали. Широко распространены низкочастотные выпрямительные диоды, предназначенные для работы на частотах до нескольких килогерц. НЧ диоды являются плоскостными, изготавливаются из германия или кремния и делятся на диоды малой, средней и большой мощности.

Очевидно, что однополупериодный выпрямитель малоэффективен, поскольку использует только половину периода питающего напряжения. Поэтому обычно применяется более совершенный - двухполупериодный выпрямитель, выполненный по так называемой мостовой схеме (см. рис.).

Упрощенно идею работы мостовой схемы можно сформулировать следующим образом: при изменении направления тока источника меняется присоединение к нему потребителя, так чтобы ток протекал через него всегда в одном направлении. Конечно речь не идет о переключении проводов, связывающих источник и потребитель. В качестве переключателей используются четыре диода, из которых при любой полярности напряжения источника два открыты, а другие два закрыты.

Поскольку ток в нагрузке протекает в одном направлении во время обоих полупериодов, то эффективность двухполупериодного выпрямителя значительно выше, чем однополупериодного.

Вообще же, главной характеристикой выпрямительных диодов является допустимое обратное напряжение, поскольку, как было указано выше, отрицательные полуволны переменного напряжения являются для диода обратным напряжением, поэтому, если неправильно подобрать диод по обратному напряжению, может возникнуть пробой и диод выйдет из строя, т. е. накроется.

Стабилитроны. При рассмотрении вольт-амперной характеристики полупроводникового диода видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. Стабилитроны изготавливаются исключительно из кремния, их также еще называют опорными диодами, т. к. в ряде случаев получаемое от них стабильное напряжение используется в качестве опорного. На рисунке показана ВАХ стабилитрона.

Рис. 6 - Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Из рисунка видно, что при обратном токе напряжение стабилизации меняется незначительно. Стабилитрон работает при обратном напряжении. Принцип работы поясняет простейшая схема включения стабилитрона. Эта схема называется параметрическим стабилизатором напряжения и несмотря на свою простоту используется довольно широко. Такая схема позволяет получить ток в нагрузке в несколько миллиампер.

Рис. 7 - Схема включения стабилитрона

Нагрузка включена параллельно стабилитрону, поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения входного напряжения будут поглощаться резистором R_б, которое еще называют балластным. Сопротивление этого резика должно быть определенного значения и его обычно рассчитывают для средней точки Т (см. рис. 6).

Если входное напряжение будет изменяться, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, следовательно и на нагрузке, будет оставаться постоянным.

Следует отметить, что если имеют место пульсации входного напряжения, то стабилитрон неплохо сглаживает их. Это объясняется тем, что стабилитрон обладает малым сопротивлением переменному току. Это сопротивление обычно во много раз меньше сопротивления R_огр, поэтому основная часть пульсаций поглощается в этом резике, а на стабилитроне и в нагрузке выделяется лишь незначительная часть их.

Варикапы. Эти плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работают при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость. Другими словами, варикап - это кондер переменной емкости, управляемый не механически, а электрически.

Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров, а также в некоторых спешиал схемах, например, в так называемых параметрических усилителях. Вот простейшая схемка включения варикапа в колебательный контур:

Рис. 8 - Схема включения варикапа в колебательный контур в качестве кондера переменной емкости

Изменяя с помощью потенциометра R обратное напряжение на варикапе, можно менять резонансную частоту контура. Добавочный резистор R1 с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра R. Кондер C_р является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напряжения замкнут накоротко катушкой L.

В качестве варикапов можно использовать стабилитроны с напряжением ниже напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, а обратное сопротивление очень велико.

Дата добавления: 2014-12-23