Разновидности полупроводниковых диодов

ПП стабилитрон – это кремниевый диод, работающий в режиме электрического пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения, простейшая схема которого приведена на рис.5. В нем используется свойство обратно включенного p-n перехода отраженное на ВАХ (Рис.4) этого прибора.

Основными параметрами стабилитрона являются:

- Uст – напряжение стабилизации, то есть напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации;

- Rст – дифференциальное сопротивление стабилитрона;

- А ст – температурный коэффициент напряжения и стабилизации;

- Iст min – минимально допустимый ток стабилизации, то есть наименьший ток стабилизации при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах;

- Iст max – максимально допустимый ток стабилизации, то есть наибольший ток стабилизации, при котором напряжении стабилизации находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

- Pmax – максимально допустимая мощность рассеивания, при которой возникает тепловой пробой p-n перехода.

-

Рис. 4 ВАХ стабилитрона

Рис. 5 Схема включения стабилитрона

При увеличении Uвх, сопротивление стабилитрона уменьшается, а ток, проходящий через него возрастает, напряжение на нем и на нагрузке почти не изменяется. Излишек напряжения гасится на балластном сопротивлении Rогр. С помощью Rогр подбирается режим работы стабилитрона.

Стабилизацию переменного напряжения можно получить при включении стабилитрона в прямом направлении, такой диод называется стабистором. Стабисторы отличаются от стабилитронов меньшим напряжением стабилизации.

Туннельный диод – это прибор на основе вырожденного ПП, в котором туннельный эффект приводит к появлению на ВАХ (рис.6) при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.

Туннельные диоды создаются на основе использования p-n перехода с высокой концентрацией примеси в областях. Такие ПП 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, то есть из области n в область p, становятся валентными и наоборот. Простейшая схема включения туннельного диода приведена на рис. 7.

Iп

Iв

Uр-р

Uв

Uп

Рис. 6 ВАХ туннельного диода

      Рис. 7 Схема включения туннельного диода

Основные параметры туннельного диода:

ΔUпр

- Rд = ----------- < 0 - отрицательное дифференциальное сопротивление;

ΔIпр

In – пиковый ток, прямой ток в точке max;

Uп – напряжение пика, прямое напряжение, соответствующее пиковому току;

Iв – ток впадины, прямой ток в точке min ВАХ;

Uв – напряжение впадины, соответствует току впадины;

Up-p – напряжение раствора, прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому;

I np max – максимально допустимый прямой постоянный ток на второй восходящей ветви;

I обр max – максимально допустимый обратный ток;

U пр max – максимальное постоянное прямое напряжение.

Исходным материалом для туннельных диодов служат арсенид галлия и германий.

Наличие падающего участка ВАХ позволяет использовать туннельные диоды в схемах генераторов, усилителей, переключателей СВЧ-диапазона, импульсных устройствах.

Импульсный диод – ПП имеющий малую длительность переходных процессов и предназначен для работы в импульсных режимах работы.

Для импульсных сигналов характерно мгновенное изменение собственной величины в моменты начала и в моменты конца импульса. Ток, включенного в схему диода и напряжение не могут измениться мгновенно. Связано это с конечным временем накопления и рассасывания неравновесных носителей заряда, возникающих в диоде в момент переключения сигнала. В результате возникают переходные процессы – восстановление прямого и обратного сопротивления диода. Поэтому вершины импульсного тока, протекающего через диод, и напряжение на нем оказываются искаженными. Степень искажения характеризуется временем обратного восстановления и временем прямого восстановления диода. Импульсные диоды работают в электронных схемах в качестве электронного ключа.

Параметры импульсных диодов:

U пр и – прямое импульсное напряжение на диоде при заданном импульсе прямого тока;

I пр и max – максимально допустимый импульсный прямой ток при заданном импульсе прямого тока

Вос – время восстановления обратного сопротивления.

Значительное уменьшение времени восстановления обратного сопротивления диода достигается использованием диодов с контактом металл-полупроводник (диоды Шоттки).

Высокочастотные диоды - это диоды, работающие на частотах до 1000Мгц. На такой частоте могут работать диоды с малой емкостью (единицы пФ). Высокочастотные диоды называются универсальными, так как они могут хорошо работать и на низких частотах.

Основные параметры высокочастотных диодов:

ΔUпр

- Rдиф = ---------

ΔIпр

- С – емкость диода.

Варикап - это ПП диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве электрической емкости.

Основные параметры:

- Сн – номинальная емкость, емкость между выводами, измеренная при заданном обратном напряжении;

- Кс – коэффициент перекрытия по емкости

С max

Кс = ----------------

С min

- Q – добротность варикапа, отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении.

Изменение емкости варикапа зависит от температуры окружающей среды.

Варикапы применяются в схемах автоматической подстройки частоты, частотной модуляции, в параметрических усилителях.

Выводы

1. Стабилитрон– это кремниевый диод, работающий в режиме электрического пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения.

2. В стабилитроне используется свойство обратно включенного p-n перехода отраженное на ВАХ этого прибора.

3. Стабистор – это полупроводниковый стабилитрон, включенный в прямом направлении.

4. Стабисторы отличаются от стабилитронов меньшим напряжением стабилизации.

5. Туннельный диод– это прибор на основе вырожденного ПП, в котором туннельный эффект приводит к появлению на ВАХ при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.

6. Туннельные диоды создаются на основе использования p-n перехода с высокой концентрацией примеси в областях и называются вырожденными.

7. Варикап - это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве электрической емкости.

8. Изменение емкости варикапа зависит от температуры окружающей среды.

Контрольные вопросы

1. Какие полупроводниковые диоды предназначены для стабилизации переменного напряжения?

2. Перечислите основные параметры данного диода.

3. Какие полупроводниковые диоды называют стабисторами?

4. Какие функции выполняет туннельный диод?

5. Почему туннельные диоды называют вырожденными?

6. В каких схемах используются туннельные диоды?

7. В чем заключается отличительная особенность импульсного диода?

8. Какие диоды называют диодами Шотки и почему?

9. Почему высокочастотные диоды называют универсальными?

Дата добавления: 2014-01-06