O diodă este un dispozitiv semiconductor electroconductiv (PP) cu o tranziție electrică și două terminale (Figura 3.1). Baza B și emitorul E prin emițător electrozi EE EB bază și furnizează contacte ohmice la N- și p-regiunile sunt conectate la bornele metalice B, prin dioda este comutată la un circuit extern.
Principiul de funcționare al majorității diode bazate pe utilizarea fenomenelor fizice în joncțiunea electrică, cum ar fi asimetria caracteristicilor curent-tensiune, defalcarea joncțiunii pn, dependența de capacitatea de barieră a tensiunii, etc.
în funcție de scopul:
ü impuls și altele;
privind materiile prime utilizate:
ü din arsenid de galiu;
prin tehnologia de fabricație:
ü Dioduri cu microunde (diode cu frecvență superioară);
O joncțiune pn se numește o plană, ale cărei dimensiuni liniare, care determină aria acesteia, sunt mult mai mari decât grosimea. Transitionul punctului reprezintă tranziții ale căror dimensiuni, care determină zona lor, sunt mai mici decât grosimea regiunii de încărcare spațială.
Diodele planare de putere mică și medie sunt de obicei realizate cu un aliaj p-n-joncțiune. Aliata p-n-tranziție în diode cu germaniu (fig. 3.2) se obține prin alierea tablete element de acceptor de impurități (indiu) în cristal germaniu este n-tip. În acest caz, indiul topit difuzează parțial în germaniu, dând regiunii vecine a cristalului germaniu o conducție a găurilor. Domeniul de tip p conductibilitate (tip p) are o rezistivitate foarte scăzută, iar emitorul este în legătură cu o rezistență ridicată cristal semiconductor de tip n - baza de diode. Aranjamentul unei diode plane germanium este arătat în Fig. 3.2. Diodele planice siliconice sunt obținute prin topirea aluminiului într-un cristal de siliciu. Diodele de silicon și germaniu sunt realizate într-o cutie sudată din metal cu izolații din sticlă și terminale flexibile.
În diodele plane de mare putere, joncțiunea p-n este cel mai adesea realizată prin difuzarea atomilor de impurități din faza gazoasă într-un cristal semiconductor. Cu ajutorul metodei de difuzie, este oferită o mai bună reproductibilitate a parametrilor diodei. Diodele puternice sunt adesea realizate cu radiatoare de răcire.
Diodele contact punctiform (fig. 3.2, b) este format dintr-un redresor p-n-joncțiune între un arc de contact margine din metal (diametru: 10 20 m), iar cipul semiconductor este în mod tipic n-tip. Tranziția este creată prin trecerea unei scurte și puternice impulsuri de curent continuu, prin dioda. Astfel, vârful lamei este fuzionat cu cristalul, și vecinătatea alierii datorită difuziunii metalului topit în zona de margine a cristalului semiconductor obținut de tip p. Diodele de referință datorate unei mici zone a joncțiunii p-n sunt eliberate în curenții mici.
Teoretice Caracteristicile I-V ale n-p-joncțiune și dioda semiconductor (fig.3.3) sunt oarecum diferite. In regiunea curent se datorează faptului că o parte din tensiunea externă aplicată la bornele diodei este incidență pe o rezistență de bază volum ohmică (rb), care este definit prin dimensiunile sale geometrice și rezistivitatea materialului de pornire. Valoarea sa poate fi în intervalul de la o la câteva zeci de ohmi. Scăderea tensiunii pe rezistența rb devine semnificativă la curenții care depășesc un milliampere. În plus, o parte din tensiune cade pe rezistența terminalelor. Ca urmare, tensiunea la joncțiunea n-p va fi mai mică decât tensiunea aplicată la bornele exterioare ale diodei. Caracteristica reală se află sub cea teoretică și devine aproape liniară. Caracteristica reală de tensiune curentă în regiunea tensiunilor directe este descrisă de expresia:
Prin urmare, tensiunea aplicată diodei este egală cu:
Trebuie remarcat faptul că rezistența bazei (rb) depinde de magnitudinea curentului direct al diodei, astfel încât caracteristica curentului de tensiune este, de asemenea, o funcție neliniară în regiunea curenților mari.
Cu tensiunea inversă crescătoare, curentul diodelor nu rămâne constant și egal cu curentul I0. Unul dintre motivele pentru creșterea curentului este generarea termică a purtătorilor de sarcină în tranziție, care nu a fost luată în considerare la derivarea expresiei pentru caracteristica teoretică I-V. Componenta curentului invers prin tranzitie, care depinde de numarul de transportatori generati in tranzitie, se numeste curentul de termogenerare (Img). Odată cu creșterea tensiunii inverse, tranziția se mărește, crește numărul de purtători generați în ea și crește și curentul Im r.
Un alt motiv pentru creșterea curentului inversat este valoarea finită a conductivității suprafeței cristalului din care este realizată dioda. Acest curent este numit curentul de scurgere (Iy). În diodele moderne, este întotdeauna mai puțin decât un termocurent. Astfel, curentul invers în diodă, notat de Iob. este definită ca sumă a curenților:
Fiecare tip de diode se caracterizează prin parametri - valorile care determină proprietățile de bază ale dispozitivelor și au, de asemenea, caracteristici de tensiune curente diferite. Distingem parametrii care caracterizează orice diodă semiconductor și special, inerent numai diodelor individuale.
Diodele semiconductoare au următorii parametri principali:
· Curent invers constant al diodei (Iob) - valoarea curentului direct care curge prin diodă în direcția opusă la o tensiune inversă dată;
· Tensiunea de diodă inversă constantă (Uob) - valoarea tensiunii DC aplicată diodei în direcția opusă;
· Curent continuu constant al diodei (Ipr) - valoarea curentului direct care curge prin diodă în direcția înainte;
• tensiune constantă diodă directă (Upr) - valoarea tensiunii directe pe diodă pentru un curent constant constant dat;
Modul de limitare a funcționării diodelor caracterizează parametrii maxim admisi - parametrii care asigură o fiabilitate dată și ale căror valori nu trebuie depășite în condiții de funcționare:
· Disiparea maximă admisă a puterii (Рmах);
· Curentul curent continuu maxim admis (Imp.max), a cărui valoare este limitată de încălzirea prin joncțiune;
· Tensiunea inversă constantă maximă admisă (Uo.max);
Rezistența diferențială (rdif);
· Temperatură minimă (Cumin) și maximă (Tmax) a temperaturii ambientale pentru funcționarea diodei.
Admisibila disipată de putere (Pmax) este determinată de rezistența termică dioda (Rt), temperatura de tranziție admisibilă (Tpmah) și temperatura ambiantă (a), conform relației:
Curentul maxim admisibil poate fi determinat din puterea maximă admisă specificată:
Tensiunea inversă maximă admisă (Uo.max) pentru diferite tipuri de diode poate lua valori de la câteva unități la zeci de mii de volți. Este limitată de tensiunea de defectare:
Rezistența diferențială (rdif) este egală cu raportul creșterii tensiunii pe diodă cu mărimea mică a curentului prin dioda care a provocat:
Rezistența rdif depinde de modul de funcționare al diodei.
Temperatura ambiantă minimă (Cmin) la care se pot utiliza diodele semiconductoare este de obicei -60 ° C. La temperaturi mai scăzute, proprietățile electrice și mecanice ale cristalelor semiconductoare și ale elementelor structurilor diodice se deteriorează.
Pentru diodele germaniu, temperatura maximă este Tmax = +70 ° C. Pentru cristalele de sticlă se poate ajunge la +150 ° C. La temperaturi mai ridicate, semiconductorul degenera: concentrațiile purtătorilor principali și minoritari devin identici, tranziția încetează să posede proprietățile conductivității unilaterale
Desemnarea diodelor este formată din șase simboluri:
· Primul simbol (literă sau număr) indică materialul diodei (numărul indică diode capabile să reziste la o temperatură mai mare):
G sau 1 - germaniu;
K sau 2 - siliciu;
Compuși A sau 3 - galiu;
· Al doilea caracter (litera) indică subclasa instrumentelor:
C - stalpi și blocuri de rectificare;
· Al treilea caracter (numeric) denotă un număr de clasificare, care distinge diode într-un anumit tip (de exemplu: 1 - putere mică, 2 - putere medie, 3 - de mare putere 4 - Universal etc).
· Al patrulea și al cincilea simbol (numere) indică numărul de serie al dezvoltării (de la 1 la 99).
· Al șaselea caracter (litera) indică diferența dintre parametrii care nu sunt clasificați.
Pentru diodele semiconductoare cu dimensiuni reduse ale caroseriei, se utilizează un marcaj de culoare sub formă de mărci aplicate corpului dispozitivului.
Redresoare diode. Rectificarea diodei semiconductoare
(Figura 3.4) este o diodă semiconductoră destinată convertirii unui curent alternativ la un curent constant. Acestea sunt diode plane cu o arie relativ mare a joncțiunii p-n.
Diodele redresoare sunt în plus caracterizate de cantități electrice care determină funcționarea lor în redresoare:
· Media pentru valoarea perioadei de tensiune inversă (Uobr.sp);
· Media pentru valoarea perioadei de inversare (Iob.sr);
· Valoarea maximă a curentului rectificat (Iνп.ср.max);
· Media pe perioada valorii tensiunii directe (Upr.sp) la o valoare medie dată a curentului de transmitere.
Frecvența de funcționare a diodelor redresoare: putere mică și medie de la 5 la 50 Hz, putere mare de la 50 la 500 Hz.
Caracteristica curentului de tensiune a unei diode redresoare (Figura 3.5) este descrisă de ecuația:
unde I0 este curentul inversat termic; T - potențial de temperatură, la temperatura camerei de 25 ° C.
Dioduri pulsate. O diodă semiconductoră pulsată este o diodă cu o durată scurtă de procese tranzitorii și este destinată funcționării în modul pulsatoriu.
Principala aplicație a diodelor pulsare este de a funcționa ca elemente de comutare în circuite digitale, în plus, pentru detectarea semnalelor de înaltă frecvență și în tehnologia de conversie de înaltă frecvență.
Când dioda trece de la o tensiune înainte la cea opusă, un curent invers necontrolat curge prin diodă la momentul inițial (Figura 3.6). Acest curent invers este limitat numai de rezistența în masă a bazei diodei și de rezistența la sarcină (RH). De-a lungul timpului, purtătorii de sarcină minoritară acumulați în bază se recombină sau părăsesc baza prin joncțiunea pn, după care curentul inversat scade la valoarea normală.
Procesul tranzitoriu, în timpul căruia rezistența diodei inverse este restabilită la o valoare constantă după o trecere rapidă de la o tensiune înainte către cea opusă, se numește refacerea rezistenței diodei inverse. Unul dintre parametrii principali ai unei diode pulsate este timpul de recuperare al rezistenței inverse (tv). Prin valoarea sa, diodele pulsului sunt împărțite în 6 grupe:
2) 150 Diode Zener. diodă Zener (Figura 3.7) - o diodă semiconductoare, tensiunea la care descompunerea electrică în polarizare inversă este dependentă de curentul slab într-un interval predeterminat, și este proiectat pentru stabilizarea tensiunii. În diodele zener, se utilizează o avalanșă sau defalcarea tunelului, prin urmare, materialul folosit este cel mai adesea siliciu. Secțiunea de 1 volt-ampere caracteristică unei diode zener (figura 3.8) corespunde unei avalanșe instabile sau defalcării tunelului. Parametrii de bază ai diodei zener: 1) tensiune de stabilizare; 2) coeficientul de temperatură al tensiunii de stabilizare; 3) curentul minim; 4) curentul maxim; 5) rezistența diferențială; 6) rezistență statică. Tensiunea de stabilizare este valoarea tensiunii pe dioda zeneră când trece curentul de stabilizare specificat: de la 3 la 400 V. Coeficientul de temperatură al tensiunii de stabilizare este unul dintre cei mai importanți parametri ai diodei zener. Se determină prin formula: Coeficientul de temperatură al tensiunii de stabilizare arată schimbarea relativă a tensiunii de stabilizare atunci când temperatura ambiantă se modifică cu un grad la o valoare constantă a curentului. În defalcarea avalanșelor, ast este pozitivă. Cu o temperatură în creștere, tensiunea de degradare a avalanșei crește, cu scăderea temperaturii, scăzând. În defalcarea tunelurilor, ast devine negativ, deoarece, odată cu creșterea temperaturii, tensiunea de rupere a tunelurilor scade, cu creșterea temperaturii. Schimbarea semn Ast are loc la o tensiune de RE-agenție defalcare 5 - 6 V. Pentru a reduce Ast zener uneori folosesc o combinație de (două sau mai multe) conectate în serie, special selectate p-n-joncțiunii cu semn opus tensiuni coeficient de temperatură. Una dintre variantele de compensare a temperaturii este includerea unei diode în direcția înainte succesiv cu dioda zener. Curentul minim al diodei zener (Ist.min) este determinat de stabilitatea garantată a stării electrice de rupere a joncțiunii p-n. Curentul maxim al diodei zener (Ist.max) este determinat de raportul dintre puterea maximă admisă și tensiunea de stabilizare: Rezistența diferențială a unei diode zener este o cantitate determinată de raportul dintre creșterea tensiunii de stabilizare pe dioda zener și creșterile mici ale curentului care l-au cauzat într-un interval de frecvență dat: Acest parametru caracterizează proprietatea principală a diodei zener. Mai puțin r. cu atât este mai bine stabilizarea. Rezistența statică sau rezistența diodelor zener în punctul de funcționare este determinată de formula: Ctabistory. Aceasta este o diodă de semiconductor, tensiunea la care în regiunea polarității directe este ușor dependentă de curent într-un anumit interval. O caracteristică distinctivă a acestuia în comparație cu dioda zeneră este o tensiune de stabilizare mai mică, care este determinată de scăderea directă a tensiunii pe diodă și este de 0,7 V. Conexiune consecutivă a doi, trei, etc. stabilizatorii fac posibilă obținerea unei tensiuni dublate, triple a stabilizării. Stabistor are un coeficient de temperatură negativ și, prin urmare, este adesea folosit pentru compensarea temperaturii unei diode zener cu un coeficient de temperatură pozitiv. Pentru a face acest lucru, unul sau mai mulți stabilizatori trebuie conectați în serie cu dioda zener. Tunsoare diode. Dioda tunelului (Figura 3.9) este o diodă semiconductor, pe secțiunea dreaptă a VAC din care (figura 3.10) există o secțiune cu rezistență diferențială negativă. Diodele tunelului sunt fabricate dintr-un material care are o cantitate crescută de impurități. Ca rezultat, în dioda tunelului este creat un semiconductor cu o concentrație ridicată de purtători de sarcină, ceea ce duce la o grosime mică a joncțiunii pn și la o valoare mai mare a câmpului electric de difuzie. La pornirea inversă, dioda tunelului funcționează în modul de dezaburire a tunelului. Principalii parametrii ai diodei tunelului: 1) curentul de vârf (In) 2) curentul cavității (Ic); 4) Tensiunea maximă (Un); 5) tensiunea de depresiune (Uin). Diodele tunel sunt folosite pentru a genera și amplifica oscilațiile electrice și în circuitele de comutare. Caracteristică generală a psihologiei ca subiect științific, obiect, sarcini și metode - stadopedia Caracteristicile generale ale plăcilor ceramice pentru căptușeala interioară - stadopedia
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: