Полупроводниковые диоды

1.

Диоды

2.

Классификация полупроводниковых диодов
Классификация диодов производится по следующим признакам:
1) По конструкции:
- плоскостные диоды;
- точечные диоды;
- микросплавные диоды.
2) По мощности:
- маломощные;
- средней мощности;
- мощные.
3) По частоте:
- низкочастотные;
- высокочастотные;
- СВЧ.

3.

4) По функциональному назначению:
-выпрямительные диоды
- импульсные диоды
- стабилитроны
-варикапы
-светодиоды
- фотодиоды
-тоннельные диоды
- обращенные диоды
-Диоды Шоттки

4.

Конструкция точечного диода
1 — n зона;
2 — контактная пружина;
3 — p зона;
4 — p-n переход;
1 — корпус;
2 — трубка;
3 — вывод
К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами
акцепторной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А. В точке
разогрева атомы акцепторной примеси переходят в базу, образуя p-область. Точечные
диоды благодаря небольшой площади p-n перехода и незначительной ёмкости
применяют в высокочастотных диодах, но могут работать лишь на малых прямых
токах (десятки миллиампер).

5.

Конструкция плоскостного диода
1 — наружный вывод;
2 — внутренний вывод;
3 — трубка;
4 — цилиндр;
5 —корпус;
6 — контакт;
7 — p-n переход
Основой плоскостных диодов является кристалл полупроводника n-типа
проводимости, который называется базой. Для плоскостного диода на базу
накладывается материал акцепторной примеси и в вакуумной печи при высокой
температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцепторной примеси в базу
диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости и p-n переход
большой площади (отсюда название).
Большая площадь p-n перехода плоскостных диодов позволяет им работать при
больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут
низкочастотными.

6.

Микросплавные диоды
Их получают путём сплавления микрокристаллов полупроводников p- и n- типа
проводимости. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по
своим параметрам - точечные.

7.

Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды — предназначены для выпрямления переменного
тока низкой частоты. В качестве выпрямительных диодов используют
плоскостные диоды, допускающие большие токи. Исходный материал для
выпрямительных диодов широкого диапазона мощностей — кремний.
Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом.
А
К
Iпр

8.

Параметры диодов
Предельный режим работы прибора характеризуют максимально допустимые параметры,
значения которых не должны превышаться при любых условиях эксплуатации. К ним относятся:
1) Максимально допустимое обратное напряжение
Uобр.max = (0.7 -0.8) ∙ Uэл.проб.
2) Максимально допустимый постоянный прямой ток определяется условиями нагрева
прибора Iпр.мах .
3) Максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность, рассеиваемая диодом при
протекании тока в прямом и обратном направлениях Рср.дmax.
Кроме предельных параметров устанавливаются следующие характеристики диодов:
1) Прямое падение напряжения на диоде при максимальном прямом токе Uпр.max.
2) Обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении Iобр.max.
3) Прямое и обратное статическое сопротивление диода при заданных прямом и обратном
напряжениях:
4) Прямое и обратное динамическое сопротивление диода:
Rд.пр=ΔUпр/ΔIпр ,
Rд.обр=ΔUобр/ΔIобр ,

9.

ВАХ выпрямительного диода

10.

Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока
диода, то в этом случае допускается параллельное включение диодов.
Добавочные сопротивления Rд величиной от единиц
до десятков Ом включаются с целью выравнивания
токов в каждой из ветвей.
Для получения более высокого обратного напряжения диоды включают
последовательно. Последовательно включают диоды с идентичными
характеристиками.
Шунтирующие сопротивления величиной
несколько
сот
кОм
включают
для
выравнивания падения напряжения на
каждом из диодов.

11.

Стабилитроны
Стабилитрон- полупроводниковый диод, напряжение на котором в
области электрического пробоя слабо зависит от тока и который
применяется для стабилизации напряжения.

12.

Основные параметры стабилитрона
1) Напряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя)Uст. (1В-1000 В).
2) Минимально допустимый ток стабилизации Iст.мin (1мА-10 мА) .
3) Максимально допустимый ток стабилизации Iст.мах (50мА-2000мА).
4) Дифференциальное сопротивление стабилитрона
RСТ
dU
(0.5 200)Ом
dI
5) Температурный коэффициент напряжения стабилизации
ТКU
dU СТ
100 ( 0.05 0.2)
dТ
Температурный коэффициент напряжения
показывает, на сколько процентов
изменится напряжение стабилизации при изменении температуры полупроводника на
1 °С

13.

Схема включения стабилитрона

14.

ВАХ стабилитрона

15.

Стабистор –полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом
включении (около 0,7В) мало зависит от тока. Стабистор предназначен для
стабилизации малых напряжений.

16.

Маркировка диодов
I – показывает материал полупроводника:
Г (1) – германий;
К (2) – кремний;
А (3) – арсенид галлия.
II – тип полупроводникового диода:
Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды;
А – диоды СВЧ;
C – стабилитроны;
В – варикапы;
И – туннельные диоды;
Ф – фотодиоды;
Л – светодиоды;
Ц – выпрямительные столбы и блоки.
III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам:
(101 – 399) - выпрямительные
(501 599) –импульсные
Д
(401 499) ВЧ диоды
IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

17. Варикап

Варикап (vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — электрическая
ёмкость)– полупроводниковый диод, который применяется как конденсатор
переменной ёмкости, управляемый напряжением.
Работа
варикапа основана на зависимости барьерной емкости pnперехода от обратного напряжения.

18.

Основные параметры варикапа
1) Максимальное, минимальное и номинальное значение ёмкости варикапа.
2) Коэффициент
минимальной.
перекрытия
К
-
отношение
максимальной
СМАХ
(0.5 200)
СМИН
3) Максимальное рабочее напряжение варикапа.
4) Максимальная рассеиваемая мощность варикапа.
ёмкости
к

19.

Применение варикапа
Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой
ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотноизбирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции и т.д.

20.

Контрольные вопросы
А) Диоды кокой конструкции применяются в электрических цепях с большими токами.
Б) Диоды какой конструкции не применяются в качестве высокочастотных.
Д) Назовите основные материалы для изготовления выпрямительного диода.
Е) Как называется вывод от р области диода.
Д) Сколько выводов и р-n переходов у диодов.
Е) Какой ток протекает через выпрямительный диод, если анод подключен к минусу, а
катод к плюсу источника питания?
Ж) Перечислите основные характеристики выпрямительного диода, значения которых
нельзя превышать.
З) В каком режиме будет работать выпрямительный диод, если превысить напряжение на
нем выше Uобр. мах?
И) С какой целью диоды соединяются параллельно?
К) С какой целью диоды соединяются последовательно?
Л) С какой целью при параллельном соединении выпрямительных диодов включаются
дополнительные сопротивления? Как соединены выпрямительные диоды с добавочными
сопротивлениями?
М) С какой целью при последовательном соединении выпрямительных диодов
включаются шунтирующие резисторы? Как соединены выпрямительные диоды с
шунтирующими резисторами?
Н) В каком режиме работает стабилитрон?
О) Изучите схему включения стабилитрона, как стабилитрон подключается к источнику
питания?
П) Выучите УГО всех диодов.
Р) Как стабистор подключается к источнику питания?
С) Для стабилизации каких напряжений применяется стабистор?

21.

Задание:
По презентации написать конспект в форме таблицы
Название и УГО
Определение
Материал
Применение
1. Выпрямительный
диод
Выпрямительные
диоды —
предназначены
для
выпрямления
переменного
тока низкой
частоты. В
качестве
выпрямительных
диодов
используют
плоскостные
диоды,
допускающие
большие токи.
Si, Ge
В схемах
выпрямителей.
2. Стабилитрон
3. Варикап
4. Стабистор
5. Диод Шотки (по
желанию,
смостоятельно)
Характеристик
а
Параметры
1) Uобр.max = (0.7
-0.8)
∙
Uэл.проб.;
2) Iпр.мах;
3) Рср.дmax;
4) Uпр.max;
5) Iобр.max;
6) Rст.пр, Rст.обр
7) Rд.пр , Rд.обр