STUDIUL LUCRĂRII UNUI DIODĂ DE SEMICONDUCTOR
Scopul lucrării: familiarizarea cu caracteristica tensiunii curente și acțiunea de rectificare a unei diode semiconductoare, compararea caracteristicii de măsurare curent-tensiune măsurată cu cea teoretică.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoare, diodele redresoare semiconductoare sunt din ce în ce mai folosite în dispozitivele redresoare de electronică industrială.
Comparativ cu tuburi vidate redresoare semiconductoare cristaline au unele avantaje - acestea sunt mici și viață lungă de serviciu, consumă energie scăzută, mereu gata de plecare (în timp ce preîncălzirea tuburi vidate necesită câteva minute), nu au piese de sticlă fragile.
Dezavantajul diodelor semiconductoare este dependența puternică de temperatură a caracteristicilor lor electrice.
Pentru dispozitivul diodelor semiconductoare se folosește acțiunea de rectificare a contactului semiconductorilor cu diferite tipuri de conductivitate sau cu un metal cu semiconductor. Conductivitatea unilaterală (unipolară) a unor astfel de contacte este legată de existența unei diferențe de potențial de contact între două corpuri de contact.
De exemplu, să luăm în considerare contactul a două semiconductoare cu diferite tipuri de conductivitate, adică contactul semiconductorilor de tip n și p. Lăsați-i să fie aleși astfel încât funcția de lucru a semiconductorului de tip p să fie mai mare decât funcția de lucru a semiconductorului de tip n.
Astfel, stratul de contact este un strat de barieră cu rezistență crescută. Lățimea stratului de epuizare și deci rezistența acestuia depinde substanțial de amploarea și direcția aplicate la p-n-tranziție a câmpului electric extern (lățimea tipică a p-n tranziția „1 micron). Atunci când un câmp electric extern EB coincide în direcția cu câmpul de contact CE (a se vedea. Fig. 1 b), intensifică câmpul stratului de contact, ceea ce duce la o creștere a barierei potențial, o creștere a lățimii stratului de barieră, rezistența acestuia. Această direcție a câmpului electric extern este numită oprire sau direcție inversă.
Dacă câmpul electric extern EB este opus în direcția câmpului de contact EK (vezi Fig.1, c), atunci câmpul din regiunea de proximitate se slăbește, bariera potențială scade și transportatorii actuali se deplasează spre contact. Lățimea stratului de barieră și rezistența sa sunt de asemenea reduse. Această direcție a câmpului electric extern este denumită debit sau direct. Includerea joncțiunii pn la circuitul cu tensiune electrică alternativă, este posibil să se obțină valori semnificative ale curentului într-o singură direcție, adică este posibilă rectificarea curentului alternativ. Într-adevăr, în timpul unei jumătăți a perioadei (direcția directă a câmpului electric extern) un curent considerabil curge prin redresor, iar în a doua jumătate curentul este mic (direcția inversă a câmpului exterior). Curentul direct poate fi de câteva sute de ori mai mare decât curentul inversat la aceeași valoare absolută a tensiunii.
La fabricarea unei diode industriale, o joncțiune p-n este utilizată într-un singur cristal. O astfel de joncțiune pn poate fi obținută prin introducerea diferitelor impurități în diferite părți ale aceluiași cristal. Contactele non-rectificative sunt create pe p- și n-regiuni ale cristalului pentru a conecta dioda la circuit. Cele mai utilizate pe scară largă pentru fabricarea diodelor au fost materiale semiconductoare cum ar fi Ge, Si, SiC și altele. În diagrame, este prezentată o diodă semiconductoră așa cum se arată în Fig. 1, g. Săgeata indică direcția directă a câmpului extern.
Caracteristica principală a unei diode semiconductoare este caracteristica de curent-tensiune, adică dependența curentului care trece prin diodă pe magnitudinea și direcția tensiunii aplicate diodei. O vedere generală a caracteristicilor de tensiune curentă ale unei diode semiconductoare este prezentată în Fig. 2. Din această figură rezultă că caracteristica curentă de tensiune a diodei este neliniară.
Dependența teoretică a curentului I care trece prin dioda semiconductorului pe tensiunea U aplicată la acesta este scrisă în următoarea formă:
unde Is este o cantitate care depinde de proprietățile semiconductorului și de o constantă la o temperatură dată T; e este baza logaritmilor naturali, q este sarcina electronică, k este constanta lui Boltzmann, este un coeficient fără dimensiuni, în funcție de lățimea stratului de barieră (de obicei 1).
De la (1) rezultă că în direcția înainte (când U> 0), curentul crește exponențial cu creșterea U. In direcția opusă (U<0) с увеличением напряжения
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: