Билет №6. Полупроводниковые диоды, их классификация, характеристики, условные графические и буквенные обозначения, область применения, основные электрические параметры
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним
р-п-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехо-да.Классификация и условные графические обозначения полупроводниковых диодов приведены на рис.
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. Из-за малой площадиконтакта прямой ток таких диодов сравнительно невелик. Потой 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. В плоскостных диодах р-n-переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у полупроводников различных типов лежит в пределах от сотых долей квадратного микрометра (микроплоскостные диоды) до нескольких квадратных санти-метров (силовые диоды). Электрические характеристики плоскостного диода определяются характеристиками р-n-перехода. Выпрямительный полупроводниковый диод — полупро-водниковый диод, предназначенный для выпрямления переменного тока. Вольт-амперные характеристики выпрямительного кремниевого диода средней мощности приведены на рис.
Для сохранения работоспособности гер-маниевого диода его температура не должна превышать 85°С. Кремние-вые диоды могут работать при температуре до 150°С.
В случае приложения к диоду большого обратного напряжения может произойти лавинный пробой р-n-перехода, обратный ток при этом резко увеличивается, что, вызывает разогрев диода, дальнейший рост тока и, как следствие, тепловой пробой и разрушение р-n-перехода.
Основными параметрами выпрямительных диодов являются: прямое напряжение Uпр которое нормируется при определенном прямом токе Iпр; максимально допустимый прямой ток диода Iпрmах; максимально допустимое обратное напряжение диода Uобpmax; об¬ратный ток диода Iобр, который нормируется при определенном обратном напряжении Uобр. Для получения более высокого обратного напряжения диоды можно включать последовательно. Туннельный диод — полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольтамперных характеристиках при прямом напряжении участка с отрицательной дифференциальной электрической проводимостью.Материалом для туннельных диодов служит сильнолегированный германий или арсенид галлия. Основными параметрами туннельного диода являются ток пика Iп 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. Обращенные диоды представляют собой разновидность тун-нельных диодов, у которых ток пика Iп=0. Обращенные диоды обладают вентильными свойствами при малых напряжениях именно в той области, где выпрямительные диоды обычно вентильными свойствами не обладают. Варикап — полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости р-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.Основными параметрами варикапа являются общая емкость Се, которая фиксируется обычно при небольшом обратном напряжении Uобр==2?5 В, и коэффициент перекрытия по емкости Kc=Cmax/Cmin Для большинства выпускаемых варикапов С=10?500 пФ и Kс=
5?20. Варикапы применяют в системах дистанционного управления и автоматической подстройки частоты и в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов. 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. Магнитодиод — полупроводниковый диод, в котором используется изменениевольт-амперной характеристики под действием магнитного поля. В качестве магнитодиодов используют выпрямительные диоды на основе германия или кремния с увеличенной толщиной полупроводникового материала. Основным параметром магнитодиода является его чувствительность ?=?Uпр/(?BI), где ?U и ?B —приращение соответственно прямого напряжения магнитной индукции. Диапазон значений ?=(10?50)*103B/(Tл*мА).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.