Полупроводниковые диоды. Лекция 2

1.

Кафедра Энергетика,
автоматизация и вычислительная
техника
Предмет
ЭЛЕКТРОНИКА
Старший преподаватель
Сиверская Татьяна
Ивановна
Тема лекции
Полупроводниковые
диоды

2.

Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым
диодом
называют
полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и
двумя выводами, в котором используются свойства
перехода.
Классификация и условные графические обозначения
полупроводниковых диодов приведены на рис. 1. Как видно,
все полупроводниковые диоды подразделяют на два класса:
точечные и плоскостные.
В точечном диоде используется пластинка германия
или кремния с электропроводностью n-типа толщиной
0,1—0,6 мм и площадью 0,5—1,5 мм2; с пластинкой
соприкасается заостренная стальная проволочка (рис. 2). На
заключительной стадии изготовления в диоде создают
большой ток (несколько ампер), стальную проволочку
вплавляют в полупроводник n -типа, образуя область с
электропроводностью р-типа. Такой процесс называется
формовкой.
Рисунок 1 Классификация и условные
графические обозначения полупроводниковых
диодов

3.

Вольт-амперные характеристики точечного диода при
различных температурах приведены на рис. 3. Из-за малой
площади контакта прямой ток таких диодов сравнительно
невелик. По той же причине у них мала и межэлектродная
емкость, что позволяет применять эти диоды в области
очень высоких частот (СВЧ-диоды). Точечные диоды
используют в основном для выпрямления.
1-выводы, 2-стеклянный корпус,
3-кристалл полупроводника,
4-гибкий контакт
Рисунок
2
Конструкция
точечного диода
Рисунок 3 ВАХ точечного диода

4.

Электрические характеристики плоскостного
диода определяются характеристиками р-п перехода. В зависимости от назначения диода
в нем используются те или иные
характеристики р-п-перехода.
Выпрямительный
полупроводниковый
диод
—
полупроводниковый
диод,
предназначенный
для
выпрямления
переменного тока.
Конструкция силового выпрямительного
диода показана на рисунке 4. Маломощные
выпрямительные диоды и выпрямительные
диоды, предназначенные для работы в
высокочастотных и импульсных цепях,
имеют
конструкцию,
аналогичную
конструкции точечных диодов (см. рис. 2).
1,9-выводы,
2-металлическая
трубка,
3-гибкий
контактный
провод,
4-стеклянный
изолятор,
5металлический корпус, 6-кристалл полупроводника, 7основание корпуса, 8-изоляционная шайба, 10-крепежная
гайка.
Рисунок
4
Конструкция
плоскостного
полупроводникового диода

5.

Полупроводниковый
стабилитрон
—
полупроводниковый диод, напряжение на котором в
области электрического пробоя слабо зависит от тока и
который служит для стабилизации напряжения.
Вольт-амперная
характеристика
стабилитрона
приведена на рисунке 5. Как видно, в области пробоя
напряжение на стабилитроне Uст лишь незначительно
изменяется при больших изменениях тока стабилизации Iст.
Такую характеристику стабилитрона используют для
получения
стабильного
напряжения,
например
в
параметрических стабилизаторах напряжения.
Стабилизацию постоянного напряжения можно также
получить с помощью диода, включенного в прямом
направлении. Кремниевые диоды, предназначенные для этой
цели, называют стабистора. Для изготовления стабисторов
применяют кремний с большой концентрацией примесей, что
необходимо для получения меньшего динамического
сопротивления при прямом включении.
Рисунок 5 ВАХ стабилитрона

6.

Туннельный диод — полупроводниковый диод на основе
вырожденного полупроводника, в котором туннельный
эффект приводит к появлению на вольт-амперных
характеристиках при прямом напряжении участка с
отрицательной
дифференциальной
электрической
проводимостью (кривая 2 на рис. 6).
Материалом
для
туннельных
диодов
служит
сильнолегированный германий или арсенид галлия.
Основными параметрами туннельного диода являются ток
пика Iп (рис. 7, кривая 1) и отношение тока пика к току
впадины Iп/Iв. Для выпускаемых диодов Iп =0,1—1000 мА и
Iп/Iв=5—20.
Туннельные
диоды
являются
быстродействующими полупроводниковыми приборами и
применяются в генераторах высокочастотных колебаний и
импульсных переключателях.
Обращенный диод — диод на основе полупроводника
с критической концентрацией примесей, в котором
электрическая проводимость при обратном напряжении
вследствие туннельного эффекта значительно больше,
чем при прямом напряжении.
Рисунок
6
Вольтамперная
характеристика
туннельного
(1)
и
обращенного (2) диодов.
Обращенные
диоды
представляют
собой
разновидность туннельных диодов, у которых ток
пика Iп =0 (рис. 7, кривая 2). Если к обращенному
диоду приложить прямое напряжение Uпр≤0,3 В, то
ток диода Iпр≈0. Таким образом, обращенные диоды
обладают вентильными свойствами при малых
напряжениях именно в той области, где
выпрямительные диоды обычно вентильными
свойствами не обладают.

7.

Варикап — полупроводниковый диод, в котором
используется зависимость емкости p-n-перехода от
обратного напряжения и который предназначен для
применения в качестве элемента с электрически
управляемой емкостью.
В
качестве
полупроводникового
материала
для
изготовления варикапов служит кремний. Зависимость
емкости варикапа от обратного напряжения показана на
рисунке.
Рисунок - Зависимость емкости варикапа от обратного
напряжения
Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и
светодиоды. В этих трех типах диодов используется эффект
взаимодействия
оптического
излучения
(видимого,
инфракрасного или ультрафиолетового) с носителями заряда
(электронами и дырками) в запирающем слое р-n-перехода.
В фотодиоде в результате освещения р-n -перехода
повышается обратный ток. В полупроводниковом фотоэлементе
при освещении р-n-перехода возникает обратное напряжение. В
светодиоде в режиме прямого тока в зоне р-n перехода
возникает видимое или инфракрасное излучение.
Магнитодиод — полупроводниковый диод, в котором
используется изменение вольт-амперной характеристики
под действием магнитного поля.
В качестве магнитодиодов используют выпрямительные
диоды на основе германия или кремния с увеличенной
толщиной полупроводникового материала.
Тензодиод — полупроводниковый диод, в котором
используется изменение вольт-амперной характеристики
под действием механических деформаций.
В качестве тензодиодов обычно применяют туннельные
диоды, у которых отдельные участки вольт-амперной
характеристики существенно зависят от деформации рабочего
тела диода.