Тема 1.3 Полупроводниковые диоды

Вопросы для самопроверки

1. Прямо включенный р-n переход. Прямой ток, сопротивление и толщина запирающегося слоя. Вольтамперная характеристика.

2. Обратно включенный р-n переход. Обратный ток, сопротивление и толщина запирающегося слоя. Вольтамперная характеристика.

3. Вольтамперная характеристика р-n перехода. Свойства односторонней проводимости. Соотношения прямых и обратных токов и напряжений.

4. Пробои р-n перехода электрический и тепловой. Причины появления, обратимость пробоев, участки вольтамперной характеристики р-n перехода, соответствующие электрическому и тепловому пробоям.

Полупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с одним р-n переходом и двумя выводами. Основой полупроводникового диода является р-n переход. Поэтому его вольт-амперная характеристика, т.е. зависимость протекающего через данный диод тока от величины и знака приложенного к нему напряжения, есть та или иная часть вольт-амперной характеристики р-n перехода. Следует разобраться в зависимости положения вольт-амперной характеристики р-n перехода от температуры. В полупроводниковых диодах используются различные по своим геометрическим размерам переходы. Наибольшее распространение получили плоскостные и точечные переходы.

Выпрямительный полупроводниковый диод - диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Для реализации основного назначения этого класса диодов используется свойство односторонней проводимости р-n перехода. Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода идентична характеристике р-n перехода. Из анализа работы р-n перехода и его вольт-амперной характеристики вытекает неравенство I_пр»I_обр. Это свойство используется в схеме выпрямления. Следует разобраться в принципе ее действия и уметь показать формы напряжений на входе и выходе этой схемы. Основными расчетными параметрами полупроводниковых выпрямительных диодов является крутизна S, внутреннее сопротивление переменному току R_i, сопротивление постоянному току R₀. Выпрямительные свойства оцениваются с помощью коэффициента выпрямления, равного отношению прямого тока к обратному, измеренных при одинаковых прямом и обратном напряжения, равных 1В, т.е. К_выпр=I_пр/I_обр=r_{диф.обр} /r_диф.пр. при U_пр=U_обр=1В. Следует разобраться с электрическими параметрами номинального режима работы выпрямительных диодов. Основными параметрами предельных режимов работы выпрямительных диодов являются: максимально допустимая рассеиваемая мощность P_max, допустимое обратное напряжение U_обрmax и максимальный прямой ток I_max.

Полупроводниковый стабилитрон -полупроводниковый диод, напряжение на котором сохраняется с определенной точностью при протекании через него тока в заданном диапазоне, предназначенный для стабилизации напряжения. Входящий стабилитрон кремниевый р-n переход работает в режиме электрического пробоя. При этом вольт-амперная характеристика есть обратная ветвь характеристики р-n перехода, которая в режиме электрического пробоя почти параллельна оси токов. Основными электрическими параметрами стабилитрона являются: напряжение стабилизации U_ст при номинальном токе, максимальный и минимальный токи стабилизации I_ст.max и I_ст.min, дифференциальное сопротивление г_ст=ΔU_ст/ΔI_ст, температурный коэффициент ά_ст. Требуется разобраться в их физическом смысле. В схеме стабилизации постоянного напряжения на стабилитроне последовательно с самим прибором включается гасящее сопротивление R_Б, с помощью которого подбирается режим работы стабилитрона. Надо разобраться в принципе действия схемы стабилизации.

Туннельный диод - диод, на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом направлении участка отрицательной дифференциальной проводимости. Туннельные диоды создаются на основе использования р-n перехода с высокой концентрацией примеси в областях. Такие полупроводники называются вырожденными. При этом запирающий слой сужается и становится возможен туннельный эффект- переход электронов сквозь узкий потенциальный барьер без изменения своей энергии. При таком переходе прошедшие через него электроны изменяют свое состояние: свободные электроны, перешедшие из n-области в р-область, становятся валентными и наоборот.

Импульсный диод - полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы. Для импульсных сигналов характерно мгновенное изменение собственной величины в моменты начала и конца импульса. Ток включенного в схему диода и напряжение в нем не могут измениться мгновенно. Связано это с конечным временем накопления и рассасывания неравновесных носителей зарядов, возникающих в базе диода в момент переключения сигнала. В результате возникают переходные процессы - восстановление прямого или обратного сопротивления диода. Поэтому вершины импульса тока, протекающего через диод, и напряжение на нем оказываются искаженными. Степень искажения характеризуется временем обратного восстановления и временем прямого восстановления диода. Необходимо разобраться в физических основах переходных процессов в импульсных диодах путем рассмотрения временных диаграмм тока и напряжения. Для уменьшения вносимых искажений импульсные диоды выполняются с малой площадью контакта, с высокой концентрацией примеси в базе, а также легирования базы золотом. Важнейшими параметрами импульсных диодов являются: время обратного восстановления t_{вос.обр} и время прямого восстановления диода t_вос.пр. Наилучшими параметрами обладают диоды Шоттки, в которых используется выпрямляющий контакт: металл - полупроводник. В таком электрическом переходе отсутствуют процессы накопления и рассасывания неосновных носителей.

Высокочастотные диоды применяются для детектирования, модуляции и преобразования частоты. Наиболее существенную роль при этом играет емкость используемого диода. Для получения ее наименьших значений в качестве высокочастотных обычно используют точечные диоды.

Варикап - полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости р-n перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента схемы с электрически управляемой емкостью. Важнейшей характеристикой варикапа является зависимость его емкости от приложенного напряжения. Варикапы используются в различных схемах. Наиболее существенными параметрами являются: общая емкость варикапа С_в, коэффициент перекрытия по емкости К_с=С_max/С_min, добротность варикапа Q_В. Необходимо разобраться в физическом смысле этих параметров.

Дата добавления: 2015-06-27