Свойства и виды диодов (лекция № 7)

1.

Лекция №7 Свойства и виды
диодов

2.

ВАХ полупроводниковых диодов
Рисунок 1 – Общий вид ВАХ полупроводникового диода.
Рисунок 2 – Сравнение ВАХ
диодов на основе германия и
кремния при разных
температурах p-n перехода
2

3.

Свойства полупроводниковых диодов
Основные характеристики и параметры диодов:
- Диапазон частот диода;
- Напряжение пробоя.
Полупроводниковые диоды имеют следующие основные параметры:
- постоянный обратный ток диода (Iобр) – значение постоянного тока, протекающего через
диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;
- постоянное обратное напряжение диода (Uобр) – значение постоянного напряжения,
приложенного к диоду в обратном направлении;
- постоянный прямой ток диода (Iпр) – значение постоянного тока, протекающего через диод
в прямом направлении;
- постоянное прямое напряжение диода (Uпр) – значение постоянного напряжения на диоде
при заданном постоянном прямом токе;
Максимально допустимые параметры – параметры, которые обеспечивают заданную
надежность и значения которых не должны превышаться при любых условиях
эксплуатации:
- максимально допустимый постоянный прямой ток (Iпр. mах) (значение ограничивается
разогревом р-n-перехода);
- максимально допустимая рассеиваемая мощность (Рmах);
- максимально допустимое постоянное обратное напряжение (Uобр. mах);
- дифференциальное сопротивление (rдиф);
- минимальная (Тмин) и максимальная (Тmах) температуры окружающей среды для работы
диода.
3

4.

Свойства полупроводниковых диодов
Дифференциальное сопротивление (rдиф) равно отношению приращения напряжения на диоде
к вызвавшему его малому приращению тока через диод:
Пробой диода - резкий рост обратного тока, наблюдаемый при превышении величины
обратного напряжении свыше критического значения.
Электрический пробой (кривая 1 и 2) возникает в результате
воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе.
Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к
повреждению диода, и при снижении обратного напряжения
свойства диода сохраняются.
Нормальная работа диода возможна лишь в режимах, когда
обратное напряжение не превышает напряжения пробоя Uо6р mах.
Значение допустимого обратного напряжения устанавливается с
учетом исключения возможности электрического пробоя и
составляет (0,5 - 0,8) Uпроб
Тепловой пробой (кривая 3) возникает в результате разогрева p-nперехода при протекании тока большого значения и при
недостаточном теплоотводе, необеспечивающем устойчивость
теплового режима перехода.
Тепловой пробой является необратимым.
4

5.

Свойства полупроводниковых диодов
Емкость диода. Принято говорить об общей емкости диода Сд , измеренной между выводами
диода при заданном напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме
барьерной емкости С6 , диффузионной емкости Сдиф и емкости корпуса прибора Ск.
Рисунок 3 – Положение носителей заряда в
диоде при прямом включении.
Рисунок 4 – Положение носителей заряда в
диоде при обратном включении.
Рисунок 5 – Условное обозначение емкости
в диоде
5

6.

Переключение полупроводниковых диодов
При переключении диода на обратное напряжение его сопротивление вначале оказывается
небольшим вследствие того, что p-n переход насыщен носителями заряда, накопленными
во время прохождения прямого тока. Поэтому обратный ток I2, проходящий через диод,
имеет вначале большую величину.
С течением времени накопленный заряд частично выводится из p-n перехода током I2, а
частично исчезает вследствие рекомбинации, поэтому переход восстанавливает высокое
обратное сопротивление, обратный ток диода падает до установившегося значения Iобр.
Рисунок 6 – Схема включения
диода.
Рисунок 7 – График
протекания тока через диод.
Рисунок 8 – Изменение
концентрации накопленного
заряда в p-n переходе диода в
режиме переключения.
6

7.

Переключение полупроводниковых диодов
По времени восстановления переключающие диоды подразделяются на три группы:
– высокого быстродействия (tвос < 10 нс;
fперекл >100 мГц);
– среднего быстродействия (10 нс < tвос <100 нс;
10МГц <fперекл< 100МГц);
– низкого быстродействия (tвос > 100 нс;
fперекл< 10МГц).
7

8.

Импульсный диод (диод Шоттки)
Диод Шоттки — это полупроводниковый прибор, выполненный на базе контакта
металл-полупроводник, в то время как в обычных диодах используется
полупроводниковый p-n-переход.
Диод Шоттки обязан своим названием и появлением в электронике немецкому физику
изобретателю Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, изучая только что открытый
барьерный эффект, подтвердил выдвинутую ранее теорию, согласно которой хоть
эмиссии электронов из металла и препятствует потенциальный барьер, но по мере
увеличения прикладываемого внешнего электрического поля этот барьер будет
снижаться. Вальтер Шоттки открыл этот эффект, который затем и назвали
эффектом Шоттки, в честь ученого.
Рисунок 10 –УГО диода Шоттки.
Рисунок 9 – Условное
соединение металла и
полупроводника.
8

9.

Свойства импульсных диодов
Достоинства
Падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении составляет 0,2—
0,4 В (против 0,6—0,7 В у обычных кремниевых диодов).
Малая ширина p-n-перехода позволяет повысить рабочую частоту.
Недостатки
Даже при кратковременном превышении максимально допустимого значения
обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от
обычных кремниевых p-n-диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя.
Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых
p-n-диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла.
9