Характеристика диодов

История возникновения диода

Возникновение диода обязано ученому из Великобритании Фредерику Гутри и немецкому физику Карлу Фердинанду Брауну. В 1873 и 1874 годах они открыли принцип работы термионных диодов и принцип работы кристаллических диодов. Позже термионными диодами стали называть специализированные вакуумные лампы. В начале 1880 года Томас Эдиссон повторно задокументировал работу термионного диода, но развитие этого радиоэлектронного компонента произошло только через 9 лет, когда немецкий ученый Карл Браун показал действие выпрямителя на кристалле. В начале 20 века Гринлиф Пикард предъявил публике первый радиоприемник, в основе которого был положены свойства диода реагировать на электромагнитные колебания. Промышленный выпуск диодов термионного типа (ламповых диодов) был налажен в Британии с разрешения Джона Флеминга в 1904 году, а через 2 года американец Пикард запатентовал первый детектор из кристаллов кремния. Современную терминологию слова «диод» (от греч. «di» — два, «odos» — путь) ввел Вильям Генри Иклс в 1919 году. В СССР главную роль в развитии полупроводниковых компонентов сыграл физик Б. М. Вул.

Первое развитие получили ламповые диоды или кенотроны (электровакуумные диоды), а так же газонаполненные диоды (газотроны, стабилитроны, игнитроны). Однако основной вклад в развитие радиоэлектронных компонентов внесли полупроводниковые диоды на основе кремния и германия.

Физические основы работы диода

Открытый в 1882 году химический элемент «германий» Клеменсом Винклером в процессе изучения в электричестве позволил выявить эффект полупроводника тока. Эксперименты физиков для получения одностороннего проводника тока привели к такому результату, что если к германию присоединить акцепторную примесь (барий, алюминий, галлий или индий), способную захватывать электроны, накопленные в германии, то в результате получится электронный элемент, способный пропускать электроны только в одну сторону (от германия к акцепторной смеси). Как мы знаем, электрон – это отрицательно заряженная частица, притягивающаяся к положительной частице, однако в электронике принято обозначение перемещения тока от плюса к минусу. Таким образом, диод представляет собой смесь германия или кремния с акцепторным материалом. Германий, за счет накопленных электронов несет в себе отрицательный N заряд (N — negative), а акцепторная смесь насыщается положительными P ионами (P — positive). Процесс протекания тока из P области в N область через место «соединения» или p-n переход и есть принцип работы диода. Его особенностью является возможность протекания тока только в одном направлении, поэтому диод является однонаправленным полупроводником. Отрицательно заряженную сторону с германием принято называть «катодом», а положительно заряженную половину «анодом». На схемах диод обозначается в виде направления протекания тока в виде стрелки к отрицательно заряженной стороне.

Когда диод не подключен к источнику питания, p-n переход находится в состоянии покоя. И в результате притягивания электронов к положительным ионам происходит их дрейф через переход. Такой процесс называется «диффузией», предусматривающий притягивание электронов через переход к «дыркам» положительных ионов. Диффузионное движение из-за постоянно меняющейся концентрации ионов и электронов происходит возле перехода постоянно.

При подключении к p-n структуре внешнего источника напряжения или напряжения смещения происходит изменение условий переноса заряда через переход. Важным фактором здесь становится полярность внешнего напряжения, подключенного к аноду и катоду диода.

Прямое подключение напряжения к p-n структуре

При прямом включении диода, когда плюс источника питания подключен к p-области, а минус к n-области происходит прямое протекание тока через переход. При этом электроны, находящиеся в n-области за счет подключенного минуса источника питания будут передвигаться ближе к переходу. Собственно, с положительно заряженными частицами в p-области будет происходить то же эффект. В результате p-n переход будет заполняться электронами в «дырках» (положительных ионах). Возникнет электрическое поле, которое позволит свободным электронам преодолеть сопротивление перехода, пройти барьерную зону и p-область к положительному контакту источника питания. В данной цепи возникнет электрический ток, который называют прямым током смещения перехода. Величина этого тока будет ограничена техническими характеристиками диода.

Момент, когда создается электрическое поле в p-n переходе на положительной ветви Вольт — Амперной Характеристики диода (ВАХ) отмечен некоторым напряжением ∆Ua. Это напряжение определено не только силой тока, но и сопротивлением самого p-n перехода. Чем ниже это сопротивление, тем меньше необходимо энергии для того, чтобы открыть переход, а так же его закрыть. Отступив от темы статьи, стоит сказать, что энергия в переходе при исчезновении питания моментально не пропадает. Происходит эффект рассасывания заряда, обусловленный емкостью перехода. Чем ниже эта емкость, тем быстрее диод перейдет в «выключенное» состояние с успокоением всех переходных процессов в p-n переходе. Этот параметр очень важен в частотных диодах, о которых мы расскажем ниже. В современных диодах значения напряжения ∆Ua варьируется от 0,3 до 1,2 вольта (кремний 0,8 – 1,2В., германий 0,3 – 0,6В.) в зависимости от мощности диода. Так же его называют падением напряжения p-n перехода.

Обратное подключение напряжения к p-n структуре

При подключении к диоду питания в обратном направлении происходит увеличение сопротивление p-n перехода и барьер возрастает, вследствие того, что электронам в n-области и свободным ионам в p-области легче соединиться с зарядом источника питания. При увеличении напряжения питания происходит лавинообразный отток заряженных частиц от перехода. В результате диод переходит в закрытое состояние из-за обратного напряжения.

На обратной ветви ВАХ участок 0 – 1 обусловлен небольшим обратным напряжением. При этом увеличение обратного тока наблюдается за счет уменьшения диффузионной составляющей. Другими словами в p и n областях присутствуют неосновные носители. Даже когда диод закрыт, через барьер при малом напряжении они могут протекать из одной области в другую. Значение этого тока несоизмеримо мало по сравнению с прямым током, поскольку количество неосновных носителей в разных областях p и n минимально. Начиная с точки 1 основные носители уже не способны преодолеть барьер, а диффузионные неосновные носители полностью рассасываются в свои области переходов. Этим объясняется отсутствие роста тока при увеличении обратного напряжения. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда зависит от температуры сплава (иначе «кристалла»), то обратный ток будет увеличиваться в зависимости от увеличения температуры кристалла. Именно поэтому его называют тепловым. Это лавинообразный процесс и он подчиняется экспотенциальному закону. Именно из-за обратных токов диоды начинают греться и их устанавливают на теплоотводы. Если значение обратного тока будет выше предусмотренного диодом, то начнется неконтролируемый процесс так называемого теплового пробоя, после которого следует электрический пробой, приводящий диод в негодность. Стабильная работа кремниевых диодов возможна при температуре 130 – 135 градусов. Разрушение кристалла германиевых диодов происходит при температуре 50 – 60 градусов.

Полная вольт – амперная характеристика диода

Вольт – амперная характеристика отображает зависимость протекающего через диод тока от величины приложенного прямого и обратного напряжения. Чем круче и ближе к оси Y прямая ветвь и ближе к оси X его обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При несоизмеримо большом обратном напряжении у диода наступает электрический пробой. При этом резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода возможна в том случае, если приложенное к нему обратное напряжение не превышает максимально допустимое, называемое пробивным напряжением. Как мы уже писали, токи диодов зависят от температуры кристалла. На каждый градус падение напряжения на p-n переходе изменяется на 2мВ. Если температура кристалла растет вверх, то обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, у кремниевых диодов обратный ток растет в 2,5 раза на каждые 10 градусов. При этом пробивное напряжение при увеличении температуры понижается.

Конструктивное исполнение диодов

По технологическому исполнению диоды могут быть плоскостные и точечные. P-n переход плоскостных диодов (на рисунке б – плоскостной сплавной диод) выполняется на границе двух слоев в полупроводнике. Слои имеют электропроводимость разных типов. За счет большей площади перехода плоскостные диоды могут пропускать большие токи через себя. Их недостатком является большая переходная емкость , что ограничивает применение плоскостных диодов в высокочастотной технике. Однако, есть гибридные диоды, сочетающие в себе и малую емкость, и малое переходное сопротивление, и возможность пропускать большие токи. Примером может быть отечественный диод КД213.

У точечных диодов p-n переход изготовляется в месте контакта полупроводниковой пластины с острием металлической иглы. Современные диоды производят с применением германия, кремния, фосфида и арсенида галлия. 

Типы и характеристика диодов

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды используются для выпрямления переменных токов на частотах, как правило, ниже 50 кГц. Конструктивное исполнение таких диодов преимущественно плоскостное. За счет этого диоды позволяют проводить через себя большие выпрямленные токи. Большей частью материалом изготовления выпрямительных диодов является кремний за счет устойчивости к температурным изменениям. Основными параметрами, определяющими характеристику диода, являются:

Uпр. – постоянное прямое напряжение на диоде при заданном постоянном прямом токе.

Uобр. – постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении.

Iпр. – постоянный ток, протекающий через диод при подключении в прямом направлении.

Iобр. – постоянный ток, протекающий через диод, включенный в обратном направлении.

Iпр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

Iобр.ср. – обратный ток, усредненный за период.

Rдиф. – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

Кроме того, всех типов существуют ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ, определяющие их максимальные технические возможности, к которым относятся:

Uобр.max – максимальное напряжение, приложенное при обратном включении диода.

Iпр.max – максимально допустимый постоянный прямой ток (один из важнейших параметров).

Iпр.ср.max – максимально допустимый средний прямой ток.

Iвп.ср.max – максимально допустимый средний выпрямленный ток.

К дополнительным параметрам относится интервал рабочих температур.

Выпрямительные диоды широко применены в электронной схемотехнике. На их основе нередко можно встретить диодные мосты для изменения формы тока из переменного в постоянный.

Современное развитие электроники невозможно без применения высокочастотных диодов.

Высокочастотные диоды

Данные диоды используются в широком диапазоне частот вплоть до нескольких сотен мегагерц и выше. Чаще всего их применяют для модуляции и детектирования, а так же в высокочастотных радиоцепях. В качестве высокочастотных диодов используются элементы, выполненные в точечном исполнении из-за малой емкости перехода.

Для таких диодов дополнительно важны две характеристики, это максимальная рабочая частота в МГц и емкость диода в пФ.

Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для преобразования импульсных сигналов. В силовой схемотехнике мощные импульсные диоды могут работать в качестве выпрямителей. Примером может служить импульсный блок питания, где они используются во вторичной цепи после импульсного трансформатора. Так же импульсные диоды применяют в телевизионной технике (детекторах видеосигналов), в ключевых и логических устройствах. Различают двух и трех электродные импульсные диоды (спаренные). Трех электродные диоды могут быть с общим анодом или с общим катодом. Для импульсных диодов свойственны следующие дополнительные характеристики:

Uпр.и – пиковое прямое напряжение при заданном импульсе тока.

Uобр.и – соответственно, обратное напряжение в пике как однократное, так и периодически повторяющееся.

Сд – общая емкость диода при заданных напряжениях и частоте. Большой параметр Сд снижает частотные свойства диода. Так же от значения Сд напрямую зависит следующий параметр.

τ вос – время восстановления с момента окончания импульса тока в состояние заданного обратного запирающего напряжения (окончание переходных процессов рассасывания заряда в p-n переходе)

Qпк – часть накопленного заряда, вытекающего во внешнюю цепь при реверсивном изменении тока с прямого значения на обратное.

Одним из основных параметров диодов Шотки является

Iпр.и max – максимально допустимый ИМПУЛЬСНЫЙ прямой ток.

Стабилитроны и стабисторы

Данный тип диодов необходим в цепях стабилизации напряжения при изменении проходящего через диод тока. Его основными характеристиками является:

Uст — напряжение стабилизации.

Iст. max и Iст. min – максимальный и минимальный ток стабилизации.

Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Для стабилитронов рабочим является пробойный участок ВАХ. На рисунке он отмечен расстоянием между точками Iст.min и Iст.max. На этом участке напряжение на стабилитроне остается постоянным при существенном изменении значения тока. Для стабисторов рабочим является прямой участок ВАХ. Так же существуют двуханодные стабилитроны, включающие в себя два встречно включенных p-n перехода. Каждый из этих переходов является основным при изменении полярности его подключения.

Варикап

Специальный полупроводниковый диод. Его емкость p-n перехода изменяется в значительных пределах в зависимости от приложенного к нему обратного напряжения. В случае увеличения обратного напряжения, емкость перехода уменьшается и наоборот. Варикапы активно применяются в гетеродинах (радиоблоках, где необходима регулировка частоты). К примеру, варикап довольно часто можно встретить в FM – радиоприемниках. К основным характеристикам варикапа относятся:

Сн – измеренная емкость при заданном напряжении.

Кс – соотношение емкостей при минимальном и максимально допустимом напряжении.

Iобр – максимальный ток, протекающий через варикап в обратном напрявлении. (ток утечки).

Туннельный диод

Туннельный диод используется в высокочастотных усилителях и генераторах электрических колебаний (например телевизионных усилителях). Кроме того его применяют в различных импульсных устройствах. Его особенностью является участок А-В с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяющим отношение между изменением напряжения к приращению тока. К его дополнительным параметрам относятся:

Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ, при котором приращение тока к напряжению равняется 0.

Lд – индуктивность диода, препятствующая прохождению высокочастотного сигнала.

Кш – шумовая составляющая диода.

Rп – сопротивление потерь туннельного диода.

Диод Шоттки

Популярный диод в радиотехнике за счет малого шума и высокого быстродействия. Его относят к подвиду импульсных диодов. Технологически диод Шоттки выполняется из структуры металл-полупроводник. Применение диодов с барьером Шоттки самое разнообразное, от ATX блоков питания ПК, до СВЧ устройств. Переход диода Шоттки выполнен по принципу p-i-n, где в качестве i выступает высокоомный слаболегированный полупроводник. Под действием напряжения изменяются его частотные характеристики, что позволяет использовать диод в схемах управления сигналами, например аттеньюаторах, ограничителях уровня, модуляторах. Мощные диоды Шоттки могут использоваться в качестве выпрямительных радиоэлементов частотных блоков питания.

Светодиод

Специальный тип диода, который может создавать некогенерентное излучение (испускание видимых фотонов света атомами p-n перехода). В зависимости от количества легирующего материала изменяют длину спектра. За счет этого светодиоды могут изготавливать разных цветов. Применение светодиода самое широкое: от сигнальных цепей оповещения, до бытового освещения. Кроме того, при использовании специальных материалов изготовления светодиод может излучать в инфракрасном спетре. Это свойство нашло ему применение в пультах дистанционного управления и других электронных устройствах. Современные светодиоды выполняются на большие мощности (до 10Вт.) p-n переход очень чувствителен к токовым изменениям, поэтому для его использования необходим специализированный драйвер, представляющий собой стабилизатор / регулятор тока.

Фотодиод

Часто применяется для приема инфракрасного светового спектра, а так же в цепях гальванической развязки. Кроме того, первые солнечные батареи использовали именно фотодиод. Совместно с излучающими диодами или транзисторами может организовывать единое устройство, называемое оптопарой. Работа фотодиода основана на фотогальваническом эффекте, при котором за счет разделения электронов и дырок в p-n переходе начинает появляться ЭДС. В зависимости от степени освещенности уровень вырабатываемой ЭДС в фотодиоде так же изменяется.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Параметры и характеристики

Диоды – полупроводники, которые пропускают ток в одном направлении. Выводы диода называют анодом А и катодом К. 

Если приложено положительное напряжение UAK > 0, то диод работает в прямом направлении. При отрицательном напряжении UAK < 0, диод заперт. Обратный ток всегда на несколько порядков меньше, чем прямой.

Режим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой (ВАХ) I = f(UAK). Типовая характеристика диода представлена на рис. 4.2. Прямой ток резко возрастает при малых положительных напряжениях UAK. Однако он не должен превышать определенного максимального значения Iмакс, так как иначе произойдет перегрев и диод выйдет из строя. Приближенно ход характеристики может быть описан значениями прямого напряжения UПР при токах порядка 0,1Iмакс. Для германия UПР находится в пределах от 0,2 по 0,4 В, для кремния от 0,5 до 0,8 В. Таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении.

Для диодов общего назначения обратный ток очень мал и составляет нано- и микроамперы. Его, как правило, можно не принимать во внимание до тех пор, пока напряжение на диоде не достигнет напряжения пробоя. Для диодов общего назначения это напряжение составляет десятки и сотни вольт.  Обратный ток при напряжениях |UAK| > UОБР.макс возрастает до значений, соизмеримых с прямым током. Обычные диоды в этой области не могут работать, так как в них происходит локальный перегрев, приводящий к выходу диодов из строя. Все полупроводниковые приборы можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения они делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n переходов: явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др.

Рис.4.2. ВАХ диода 

Выпрямительные диоды обычно характеризуют набором статических и динамических параметров. К статическим параметрам диода относятся:

• падение напряжения UПРна диоде при некотором значении прямого тока;
• обратный ток IОБР при некотором значении обратного напряжения;
• среднее значение прямого тока IПР.СР.;
• максимальное значение обратного напряжения UОБР.

        К динамическим параметрам диода относятся его временные или частотные характеристики. К таким параметрам относятся:

• время восстановленияtВОС обратного напряжения;
• время нарастания прямого тока IНАР;
• предельная частота без снижения режимов диода fмакс.

 Статические параметры можно установить по вольт-амперной характеристике диода. Время обратного восстановления диода tВОСявляется основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Переключение диода из проводящего состояния в закрытое происходит не мгновенно, так как при этом p-n переход должен освободиться от накопленного заряда. Эффект накопления заряда можно пояснить на примере простого выпрямителя. В качестве входного напряжения используется напряжение прямоугольной формы. Когда входное напряжение UВХположительно, диод открывается и выходное напряжение равно прямому напряжению на диоде. Когда UВХотрицательно, диод закрывается и IД = IОБР. Из рис.4.3 видно, что это происходит по истечении времени восстановления tВОС, которое тем больше, чем больше прямой ток p-n перехода. По существу, происходит рассасывание зарядов на границе p-n перехода (т.е. разряд эквивалентной емкости). 

Рис. 4.3. Импульсный режим работы диода 

Обычно значение времени накопления для маломощных диодов составляет 10 – 100 нс. Для мощных диодов эта величина находится в диапазоне микросекунд. Период колебаний входного напряжения должен быть больше времени накопления, в противном случае теряются выпрямительные свойства диода.

 

Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом.

Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым.

Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.

Содержание статьи

Диоды делятся на большие группы – неполупроводниковые и полупроводниковые.

Неполупроводниковые

Одной из наиболее давних разновидностей являются ламповые (электровакуумные) диоды. Они представляют собой радиолампы с двумя электродами, один из которых нагревается нитью накала. В открытом состоянии с поверхности нагреваемого катода заряды движутся к аноду. При противоположном направлении поля прибор переходит в закрытую позицию и ток практически не пропускает.

Еще одни вид неполупроводниковых приборов – газонаполненные, из которых сегодня используются только модели с дуговым разрядом. Газотроны (приборы с термокатодами) наполняются инертными газами, ртутными парами или парами других металлов. Специальные оксидные аноды, используемые в газонаполненных диодах, способны выдерживать высокие нагрузки по току.

Полупроводниковые

В основе полупроводниковых приборов лежит принцип p-n перехода. Существует два типа полупроводников – p-типа и n-типа. Для полупроводников p-типа характерен избыток положительных зарядов, n-типа – избыток отрицательных зарядов (электронов).

Если полупроводники этих двух типов находятся рядом, то возле разделяющей их границы располагаются две узкие заряженные области, которые называются p-n переходом. Такой прибор с двумя типами полупроводников с разной примесной проводимостью (или полупроводника и металла) и p-n-переходом называется полупроводниковым диодом.

Именно полупроводниковые диодные устройства наиболее востребованы в современных аппаратах различного назначения. Для разных областей применения разработано множество модификаций таких приборов.

Полупроводниковые диоды

Виды диодов по размеру перехода

По размерам и характеру p-n перехода различают три вида приборов – плоскостные, точечные и микросплавные.

Плоскостные детали представляют одну полупроводниковую пластину, в которой имеются две области с различной примесной проводимостью. Наиболее популярны изделия из германия и кремния.

Преимущества таких моделей – возможность эксплуатации при значительных прямых токах, в условиях высокой влажности. Из-за высокой барьерной емкости они могут работать только с низкими частотами.

Их главные области применения – выпрямители переменного тока, устанавливаемые в блоках питания. Эти модели называются выпрямительными.

Точечные диоды имеют крайне малую площадь p-n перехода и приспособлены для работы с малыми токами. Называются высокочастотными, поскольку используются в основном для преобразования модулированных колебаний значительной частоты.

Микросплавные модели получают путем сплавления монокристаллов полупроводников p-типа и n-типа. По принципу действия такие приборы – плоскостные, но по характеристикам они аналогичны точечным.

Материалы для изготовления диодов

При производстве диодов используются кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Наиболее распространенными являются первые три материала.

Очищенный кремний – относительно недорогой и простой в обработке материал, имеющий наиболее широкое распространение. Кремниевые диоды являются прекрасными моделями общего назначения. Их напряжение смещения – 0,7 В.

В германиевых диодах эта величина составляет 0,3 В. Германий – более редкий и дорогой материал.

Поэтому германиевые приборы используются в тех случаях, когда кремниевые устройства не могут эффективно справиться с технической задачей, например в маломощных и прецизионных электроцепях.

Виды диодов по частотному диапазону

По рабочей частоте диоды делятся на:

• Низкочастотные – до 1 кГц.
• Высокочастотные и сверхвысокочастотные – до 600 мГц. На таких частотах в основном используются устройства точечного исполнения. Емкость перехода должна быть невысокой – не более 1-2 пФ. Эффективны в широком диапазоне частот, в том числе низкочастотном, поэтому являются универсальными.
• Импульсные диоды используются в цепях, в которых принципиальным фактором является высокое быстродействие. По технологии изготовления такие модели разделяют на точечные, сплавные, сварные, диффузные.

Области применения диодов

Современные производители предлагают широкий ассортимент диодов, адаптированных для конкретных областей применения.

Выпрямительные диоды

Эти устройства служат для выпрямления синусоиды переменного тока. Их принцип действия основывается на свойстве устройства переходить в закрытое состояние при обратном смещении.

В результате работы диодного прибора происходит срезание отрицательных полуволн синусоиды тока.

По мощности рассеивания, которая зависит от наибольшего разрешенного прямого тока, выпрямительные диоды делят на три типа – маломощные, средней мощности, мощные.

• Слаботочные диоды могут использоваться в цепях, в которых величина тока не превышает 0,3 А. Изделия отличаются малой массой и компактными габаритами, поскольку их корпус изготавливается из полимерных материалов.
• Диоды средней мощности могут работать в диапазоне токов 0,3-10,0 А. В большинстве случаев они имеют металлический корпус и жесткие выводы. Производят их в основном из очищенного кремния. Со стороны катода изготавливается резьба для фиксации на теплоотводящем радиаторе.
• Мощные (силовые) диоды работают в цепях с током более 10 А. Их корпусы изготавливают из металлокерамики и металлостекла. Конструктивное исполнение – штыревое или таблеточное. Производители предлагают модели, рассчитанные на токи до 100 000 А и напряжение до 6 кВ. Изготавливаются в основном из кремния.

Диодные детекторы

Такие устройства получают комбинацией в схеме диодов с конденсаторами. Они предназначены для выделения низких частот из модулированных сигналов. Присутствуют в большинстве аппаратов бытового применения – радиоприемниках и телевизорах. В качестве детекторов излучения используются фотодиоды, преобразующие свет, попадающий на светочувствительную область, в электрический сигнал.

Ограничительные устройства

Защиту от перегруза обеспечивает цепочка из нескольких диодов, которые подключают к питающим шинам в обратном направлении. При соблюдении стандартного рабочего режима все диоды закрыты. Однако при выходе напряжения сверх допустимого назначения срабатывает один из защитных элементов.

Диодные переключатели

Переключатели, представляющие собой комбинацию диодов, которые применяются для мгновенного изменения высокочастотных сигналов. Такая система управляется постоянным электрическим током. Высокочастотный и управляющие сигналы разделяют с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Эффективную искрозащиту создают с помощью комбинирования шунт-диодного барьера, ограничивающего напряжение, с токоограничительными резисторами.

Параметрические диоды

Используются в параметрических усилителях, которые являются подвидом резонансных регенеративных усилителей.

Принцип работы основан на физическом эффекте, который заключается в том, что при поступлении на нелинейную емкость разночастотных сигналов часть мощности одного сигнала можно направить на рост мощности другого сигнала. Элементом, предназначенным для содержания нелинейной емкости, и является параметрический диод.

Смесительные диоды

Смесительные устройства используются для трансформации сверхвысокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. Трансформация сигналов осуществляется, благодаря нелинейности параметров смесительного диода. В качестве смесительных СВЧ-диодов используются приборы с барьером Шоттки, варикапы, обращенные диоды, диоды Мотта.

Умножительные диоды

Эти СВЧ устройства используются в умножителях частоты. Они могут работать в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах длин волн. Как правило, в качестве умножительных приборов используются кремниевые и арсенид-галлиевые устройства, часто – с эффектом Шоттки.

Настроечные диоды

Принцип работы настроечных диодов основан на зависимости барьерной емкости p-n перехода от величины обратного напряжения. В качестве настроечных используются приборы кремниевые и арсенид-галлиевые. Эти детали применяют в устройствах перестройки частоты в сверхчастотном диапазоне.

Генераторные диоды

Для генерации сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне востребованы устройства двух основных типов – лавинно-пролетные и диоды Ганна. Некоторые генераторные диоды при условии включения в определенном режиме могут выполнять функции умножительных устройств.

Виды диодов по типу конструкции

Стабилитроны (диоды Зенера)

Эти устройства способны сохранять рабочие характеристики в режиме электрического пробоя. В низковольтных устройствах (напряжение до 5,7 В) используется туннельный пробой, в высоковольтных – лавинный. Стабилизацию невысоких напряжений обеспечивают стабисторы.

Стабисторы

Стабиистор, или нормистор, — это полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (примерно 0,7-2 V).

Диоды Шоттки

Устройства, применяемые в качестве выпрямительных, умножительных, настроечных, работают на базе контакта металл-полупроводник. Конструктивно они представляют собой пластины из низкоомного кремния, на которые наносится высокоомная пленка с тем же типом проводимости. На пленку вакуумным способом напыляется металлический слой.

Варикапы

Варикапы выполняют функции емкости, величина которой меняется с изменением напряжения. Основная характеристика этого прибора – вольт-фарадная.

Туннельные диоды

Эти полупроводниковые диоды имеют падающий участок на вольтамперной характеристике, возникающий из-за туннельного эффекта. Модификация туннельного устройства – обращенный диод, в котором ветвь отрицательного сопротивления выражена мало или отсутствует. Обратная ветвь обращенного диода соответствует прямой ветви традиционного диодного устройства.

Тиристоры

В отличие от обычного диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет третий управляющий электрод. Для этих моделей характерны два устойчивых состояния – открытое и закрытое. По устройству эти детали разделяют на динисторы, тринисторы, симисторы. При производстве этих изделий в основном используется кремний.

Симисторы

Симисторы (симметричные тиристоры) – это разновидность тиристора, используется для коммутации в цепях переменного тока.

В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно.

Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Динисторы

Динистором, или диодным тиристором, называется устройство, не содержащее управляющих электродов. Вместо этого они управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Их основное применение – управление мощной нагрузкой при помощи слабых сигналов. Также динисторы используют при изготовлении переключающих устройств.

Диодные мосты

Это 4, 6 или 12 диодов, которые соединяются между собой. Число диодных элементов определяется типом схемы, которая бывает – однофазной, трехфазной, полно- или полумостовой. Мосты выполняют функцию выпрямления тока. Часто используются в автомобильных генераторах.

Фотодиоды

Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.

Светодиоды

Эти устройства при подключении к электрическому току излучают свет. Светодиоды, имеющие широкую цветовую гамму свечения и мощность, применяются в качестве индикаторов в различных приборах, излучателей света в оптронах, используются в мобильных телефонах для подсветки клавиатуры. Приборы высокой мощности востребованы в качестве современных источников света в фонарях.

Инфракрасные диоды

Это разновидность светодиодов, излучающая свет в инфракрасном диапазоне.

Применяется в бескабельных линиях связи, КИП, аппаратах дистанционного управления, в камерах видеонаблюдения для обзора территории в ночное время суток.

Инфракрасные излучающие устройства генерируют свет в диапазоне, который не доступен человеческому взгляду. Обнаружить его можно с помощью фотокамеры мобильного телефона.

Диоды Ганна

Эта разновидность сверхчастотных диодов изготавливается из полупроводникового материала со сложной структурой зоны проводимости. Обычно при производстве этих устройств используется арсенид галлия электронной проводимости. В этом приборе нет p-n перехода, то есть характеристики устройства являются собственными, а не возникающими на границе соединения двух разных полупроводников.

Магнитодиоды

В таких приборах ВАХ изменяется под действием магнитного поля. Устройства используются в бесконтактных кнопках, предназначенных для ввода информации, датчиках движения, приборах контроля и измерения неэлектрических величин.

Лазерные диоды

Эти устройства, имеющие сложную структуру кристалла и сложный принцип действия, дают редкую возможность генерировать лазерный луч в бытовых условиях. Благодаря высокой оптической мощности и широким функциональным возможностям, приборы эффективны в высокоточных измерительных приборах бытового, медицинского, научного применения.

Лавинные и лавинно-пролетные диоды

Принцип действия устройств заключается в лавинном размножении носителей заряда при обратном смещении p-n перехода и их преодолении пролетного пространства за определенный временной промежуток. В качестве исходных материалов используются арсенид галлия или кремний. Приборы в основном предназначаются для получения сверхвысокочастотных колебаний.

PIN-диоды

PIN-устройства между p- и n-областями имеют собственный нелегированный полупроводник (i-область). Широкая нелегированная область не позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Однако зато PIN-диоды широко применяются в качестве смесительных, детекторных, параметрических, переключательных, ограничительных, настроечных, генераторных.

Триоды

Триоды – это электронные лампы. Он имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и управляющую сетку.

Сегодня триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами.

Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц высокой мощности при маленьком числе активных компонентов, а габариты и масса не имеют большого значения.

Маркировка диодов

Маркировка полупроводниковых диодных устройств включает цифры и буквы:

• Первая буква характеризует исходный материал. Например, К – кремний, Г – германий, А – арсенид галлия, И – фосфид индия.
• Вторая буква – класс или группа диода.
• Третий элемент, обычно цифровой, обозначает применение и электрические свойства модели.
• Четвертый элемент – буквенный (от А до Я), обозначающий вариант разработки.

Пример: КД202К – кремниевый выпрямительный диффузионный диод.

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Конструктивно-технологическая оптимизация параметров диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят широкое применение в выходных каскадах импульсных источников питания и DC/DC-конверторов, используемых в системах электропитания компьютеров, серверов систем связи и передачи данных.

В системных блоках питания диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3,3 и +5 В при величине выходных токов в десятки ампер.

Серьезное внимание к вопросам быстродействия выпрямителей и снижения их энергетических потерь позволит увеличить КПД источников питания и повысить надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Использование диодов Шоттки в схемах управляемых преобразователей энергии электропривода обеспечивает минимальное напряжение прямого восстановления диода при выключении силовых ключей, а также переключение силовых ключей с малыми коммутационными потерями и помехами. Благодаря этому возможно задавать высокую частоту коммутации, уменьшать количество вспомогательных компонентов, а также их размеры, массу и стоимость [1].

Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую емкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту диода. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируют переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малая емкость перехода (т. е.

короткое время восстановления) позволяет создавать выпрямители, работающие на частотах в сотни килогерц и выше.

Благодаря хорошим временным характеристикам и малым емкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, что делает их наиболее предпочтительными для применения в импульсных блоках питания электронной аппаратуры.

Параметры диодов Шоттки

Довольно большой обратный ток и величина максимально допустимого обратного напряжения не более 200 В ограничивают применение кремниевых диодов Шоттки. Поэтому для увеличения допустимого обратного напряжения перспективно использование карбида кремния и арсенида галлия с шириной запрещенной зоны больше, чем у кремния, а также последовательное включение кристаллов.

Так, например, серию арсенид-галлиевых диодов Шоттки на напряжения 150–250 В производит фирма IXYS, а карбид-кремниевые диоды Шоттки с допустимыми значениями обратного напряжения 300–600 В — фирма Infineon Technologies.

Созданы лабораторные образцы диодов Шоттки, выдерживающие обратные напряжения не менее 1,5 кВ [2].

При этом карбид-кремниевые и арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют не только более высокое допустимое обратное напряжение, но и меньший обратный ток, чем кремниевые приборы.

Изменением высоты барьера Шоттки φB можно получать наилучшее соотношение между прямым напряжением и обратным током. Параметр φB входит в выражение для прямого напряжения VF в качестве отдельного слагаемого и экспоненциально влияет на величину обратного тока Ir.

где IF — прямой ток, Rser — последовательное сопротивление объема полупроводника и омического контакта, Ir — обратный ток, S — площадь контакта Шоттки, А** — модифицированная эффективная постоянная Ричардсона, Т — абсолютная температура, q — элементарный заряд, k — постоянная Больцмана, φB — высота барьера Шоттки, n — коэффициент неидеальности прямой ВАХ.

Следует иметь в виду, что в области обратных напряжений вблизи Umax обратный ток контакта металл–кремний суммируется с током p-n-перехода охранного кольца с учетом лавинного умножения носителей заряда. Поэтому диоды Шоттки с высоким барьером обычно имеют более высокие значения максимально допустимого обратного напряжения и максимально допустимой температуры перехода, чем приборы с низким барьером (рис. 1).

Рис. 1. Электрические характеристики диодов Шоттки при максимально допустимой температуре перехода: 1, 3, 5 — +150 °С; 2, 4 — +175 °С разных изготовителей (1, 2 — STMicroelectronics; 3, 4 — International Rectifier; 5 — Philips)

Электрические свойства диодов Шоттки, прежде всего, определяются высотой потенциального барьера на границе раздела металл–полупроводник и поэтому зависят от выбора контактного металла. Среди наиболее распространенных в настоящее время — такие тугоплавкие переходные металлы, как Mo, V, Pd, Pt.

При этом следует учесть, что в процессе формирования контакта металл–полупроводник вследствие протекания твердофазных реакций на границе раздела при термообработке происходит формирование переходного слоя соответствующего силицида, который, по существу, и определяет электрические свойства барьера Шоттки, например его высоту [3].

Контакт на основе силицида платины обеспечивает получение наиболее высокого энергетического барьера, что предопределяет такие свойства диодов Шоттки, как малые токи утечки, высокие пробивные напряжения, широкий диапазон рабочих температур, помехозащищенность, временная стабильность.

Особенности конструкции

Простейшая конструкция диода Шоттки с параллельными контактами, границы которых находятся на поверхности эпитаксиального слоя, представлена на рис. 2 [4].

Для предотвращения снижения максимально допустимого обратного напряжения Vr max из-за увеличения обратного тока на границах параллельных контактов предложена конструкция с дополнительными p-n-переходами и использованием смыкания области обеднения (рис. 2б) [5].

Также существуют конструкции диодов Шоттки с параллельными контактами и канавками в кремнии, причем либо на дне канавки располагается материал с большей высотой барьера (рис. 3а) [6], либо вся канавка заполняется таким материалом (рис. 3б) [7].

Рис. 2. Структура диодов Шоттки: а) с параллельными контактами; б) с дополнительными p-n-переходами. 1 — подложка; 2 — эпитаксиальный слой; 3 — слой SiO2; 4 — охранное кольцо; 5 — контакт с меньшей высотой барьера; 6 — контакт с большей высотой барьера; 7 — металлизация анода; 8 — металлизация катода, 9 — дополнительные p-n-переходы

Рис. 3. Структура диодов Шоттки с параллельными контактами и канавками в кремнии. 1 — подложка; 2 — эпитаксиальный слой; 3 — слой SiO2; 4 — охранное кольцо; 5 — контакт с большей высотой барьера; 6 — контакт с меньшей высотой барьера; 7 — металлизация катода, 8 — металлизация анода

Однако диоды Шоттки с параллельными контактами характеризуются следующим недостатком: нанесение второго материала контакта требует предварительной обработки открытой поверхности кремния, во время которой происходит ее загрязнение металлическими примесями первого материала контакта.

В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки применяют, как правило, в виде диодных сборок (диодные полумосты), что повышает технологичность и компактность устройств, а также улучшает условия охлаждения диодов.

Диодные сборки выпускаются, в основном, в трех типах корпусов (рис.

 4): TO-220 (менее мощные сборки с рабочими токами до 20–25 А), TO-247 (более мощные сборки с рабочими токами 30–40 А), TO-3P (мощные сборки) и ТО-263 (для поверхностного монтажа).

Рис. 4. Конструкции диодных сборок: а) ТО-220; б) ТО-247; в) ТО-3P; г) ТО-263

Выбор вариантов технологического процесса

Современный уровень электрических параметров полупроводниковых приборов обуславливается технологией их изготовления.

Использование того или иного метода при создании приборов диктуется соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также надежностью приборов [8].

Процесс изготовления мощных быстродействующих диодов с такими параметрами, как прямой ток 2×5 А, обратный ток N и Uпроб

Диоды (часть 1). Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:

• Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
• Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
• Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
• Анод. Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
• Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки.

В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения.

При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

Диоды лавинные ДЛ153

Диоды ДЛ153 – лавинные выпрямительные мощные низкочастотные диоды таблеточной конструкции общего назначения. Преобразовывают и регулируют постоянный и переменный ток до 2000 ампер частотой до 500 Гц в цепях с напряжением 1600 В – 3200 В (16-32 кл). Тип корпуса диодов серии ДЛ153 – PD53: диаметр контактной поверхности – Ø50 мм, габаритные размеры – Ø75х26 мм, масса – 0,550 кг. «PD» означает «pill diode» — таблеточный диод.

• Лавинные диоды отличаются от силовых выпрямительных диодов тем, что они выдерживают значительные перенапряжения и после снятия напряжения восстанавливают свои параметры.
• Часто запрашиваемые номиналы диодов: ДЛ153-1250, ДЛ153-1600, ДЛ153-2000.
• Видео: Обзор силовых диодов таблеточной конструкции

Диоды изготавливаются для эксплуатации в умеренном, холодном (УХЛ) или тропическом (Т) климате; категория размещения – 2. Полярность (цоколевка) диодов определяется по значку на корпусе.

Применяются силовые диоды ДЛ153 в качестве выпрямительных и размагничивающих диодов, для предотвращения пагубного воздействия коммутационных перенапряжений, в низковольтных выпрямителях сварочного и гальванического оборудования, в неуправляемых или полууправляемых выпрямительных мостах, а также в электрогенераторах промышленности и транспорта.

Для отвода тепла диоды собирают с охладителями (радиаторами) при помощи резьбового соединения.

Чтобы обеспечить надежный тепловой и электрический контакт диода с охладителем, при сборке необходимо соблюдать усилие сжатия Fm (для ДЛ153 усилие зажатия составляет 22 кН).

Соответствие усилия сжатия определяется величиной прогиба траверсы. Также для лучшего отвода тепла при сборке может использоваться теплопроводящая паста КПТ-8.

Подробные характеристики, расшифровка маркировки, полярность, размеры, применяемые охладители указаны ниже. Гарантия работы поставляемых нашей компанией диодов составляет 2 года с момента их приобретения, что подкрепляется соответствующими документами по качеству.

Окончательная цена на диоды ДЛ153 зависит от класса, количества, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.

30.Особенности конструкции и принцип действия лов типа м. Характеристики и параметры

В
ЛОВМ происходит взаимодействие
электронного потока с обратной
пространственной гармоникой волны в
замедляющей системе. Процесс взаимодействия
электронов с СВЧ полем происходит в
ЛОВМ так же, как в ЛБВМ.

Поперечная
составляющая электрического поля
группирует электроны, продольная
составляющая вызывает поперечное
смещение сгруппированных электронов
и преобразование их потенциальной
энергии в энергию СВЧ поля.

В процессе
взаимодействия средняя скорость
электронов остается постоянной и равной
переносной скорости электронов. ЛОВМ
являются самыми мощными генераторами
с электронной перестройкой частоты.
ЛОВМ перекрывают диапазон частот 0,15…18
ГГц с выходными мощностями от 5 кВт до
единиц ватт.

КПД достигает значений
35…40 %. Диапазон электронной перестройки
составляет 30…40 %, при этом обеспечивается
линейная зависимость частоты от
ускоряющего напряжения.

Одинаковый
диапазон изменения частоты в ЛОВМ можно
получить для прочих равных условий при
меньшем изменении напряжений чем в
ЛОВО. ЛОВМ используются в системах
радиопротиводействия, системах связи
с частотной модуляцией.

31.Особенности смесительных и детекторных диодов свч.Вах,эквивалентная схема,параметры смесительных и детекторных диодов

Для
детектирования и преобразования на
более низкую частоту слабых СВЧ сигналов
обычно используют детекторные и
смесительные диоды, работающие как
варисторы, поэтому в их конструкциях и
характеристиках имеется много общего,
а отличие в основном заключается в
режиме работы.

Современные детекторные
и смесительные диоды используют структуры
ДБШ, обладающие целым рядом достоинств,
обусловленных тем, что ДБШ работают на
основных носителях. Точечные прижимные
диоды находят применение в основном в
измерительной аппаратуре в качестве
детекторных диодов.

Иногда в детекторах
и смесителях применяют обращенные
диоды, у которых используется обратная
ветвь ВАХ, обладающая высокой крутизной.
Обращенные диоды имеют хорошие
электрические характеристики, однако,
из-за низкой электрической прочности,
трудностей изготовления широкого
применения не получили.

Частотные
свойства смесительных и детекторных
диодов характеризует значение критической
частоты диода:

fc
=
1/(2πrsCб)-1
[ГГц].

Для
эффективной работы диода необходимо,
чтобы критическая частота диода была
значительно выше рабочей частоты.

Электрическая
прочность диодов в области обратных
напряжений характеризуется нормируемым
обратным напряжением Uнорм.обр,
при котором обратный
ток достигает определенного значения,
например для ДБШ Iобр = 10мкА.
Для точечных диодов Uнорм.обр
=
1…3 В, для ДБШ Uнорм.обр
=
3…10 В, меньшие значения соответствуют
более высокочастотным диодам.

В области
прямых токов электрическая прочность
диодов характеризуется энергией
«выгорания» — той минимальной
энергией Wвыг
импульса
длительностью не более 10-8
с,
после воздействи которого парамеры
диода необратимо ухудшаются на заданное
значение.

Обычно Wвыг
≈
10-8…10-7
Дж,
поэтому диоды необходимо защищать от
перегрузок и действия статического
электричества.

При
работе в непрерывном режиме допустимая
рассеиваемая мощность Ррас
составляет
10…40 мВт для германиевых диодов и 10…100
мВт для кремниевых и ДБШ. Детекторные
диоды находят основное применение для
индикации и измерения параметров
сигналов СВЧ и служат для
преобразованиянепрерывны СВЧ сигналов
в сигнал постянного тока или импульсного
сигнала СВЧ в видеоимпульс

Смесительные
диоды используют для преобразования
частоты в радиоприемных устойствах СВЧ
диапазона, причем очень часто смеситеь
является входным каскадом приемного
устройства. В таких случаях наиболее
важными параметрами смесительных
диодов, является коэффициент шума Кш,
потери преобразования L.

У современных
смесительных диодов Кш
=
4…16 дБ. Меньшие значения Кш
относятся
к диодам более низких частот.

Смесительные
диоды являются пассивными элементами
с внутренним активным сопротилением,
поэтому при побразовании часоты
происходят потери мощности полезного
сигнала, обычно оцениваемые параметром
L:

L
= 10 lg(Pc/Pпч)
[дБ],

Рс
—
мощность сигнала, Рпч
—
мощность сигнала на промежуточной
частоте.

Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

Борис Аладышкин

Вольтамперная характеристика диода

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рисунке 1.

Здесь в одном рисунке показаны ВАХ германиевого (синим цветом) и кремниевого (черным цветом) диодов. Нетрудно заметить, что характеристики очень похожи. На координатных осях нет никаких цифр, поскольку для разных типов диодов они могут существенно различаться: мощный диод может пропустить прямой ток в несколько десятков ампер, в то время как маломощный всего несколько десятков или сотен миллиампер.

Диодов разных моделей великое множество, и все они могут иметь разное назначение, хотя основной их задачей, основным свойством является обеспечение односторонней проводимости тока. Именно это свойство позволяет использовать диоды в выпрямителях и детекторных устройствах. Следует, однако, заметить, что в настоящее время германиевые диоды, равно как и транзисторы вышли из употребления.

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика диода

Прямая ветвь ВАХ

В первом квадранте системы координат расположена прямая ветвь характеристики, когда диод находится в прямом включении, — к аноду подключен положительный вывод источника тока, соответственно отрицательный вывод к катоду.

По мере увеличения прямого напряжения Uпр, начинает возрастать и прямой ток Iпр. Но пока это возрастание незначительно, линия графика имеет незначительный подъем, напряжение растет значительно быстрее, чем ток. Другими словами, несмотря на то, что диод включен в прямом направлении, ток через него не идет, диод практически заперт.

При достижении определенного уровня напряжения на характеристике появляется излом: напряжение практически не меняется, а ток стремительно растет. Это напряжение называется прямым падением напряжения на диоде, на характеристике обозначено как Uд. Для большинства современных диодов это напряжение находится в пределах 0, 5…1В.

На рисунке видно, что для германиевого диода прямое напряжение несколько меньше (0, 3…0, 4В), чем для кремниевого (0, 7…1, 1В). Если прямой ток через диод умножить на прямое напряжение, то полученный результат будет не что иное, как мощность, рассеиваемая на диоде Pд = Uд * I.

Если эта мощность будет превышена относительно допустимой, то может произойти перегрев и разрушение p-n перехода. Именно поэтому в справочниках ограничивается максимальный прямой ток, а не мощность (считается, что прямое напряжение известно). Для отведения излишнего тепла мощные диоды устанавливаются на теплоотводы — радиаторы.

Мощность, рассеиваемая на диоде

Сказанное поясняет рисунок 2, на котором показано включение нагрузки, в данном случае лампочки, через диод.

Рисунок 2. Включение нагрузки через диод

Представьте себе, что номинальное напряжение батарейки и лампочки 4, 5В. При таком включении на диоде упадет 1В, тогда до лампочки дойдет лишь 3, 5В. Конечно, такую схему никто практически собирать не будет, это просто для иллюстрации, как и на что влияет прямое напряжение на диоде.

Предположим, что лампочка ограничила ток в цепи на уровне ровно в 1А. Это для простоты расчета. Также не будем принимать во внимание то, что лампочка является элементом нелинейным, и закону Ома не подчиняется (сопротивление спирали зависит от температуры).

Нетрудно подсчитать, что при таких напряжениях и токах на диоде рассеивается мощность P = Uд * I или 1В * 1А = 1Вт. В то же время мощность на нагрузке всего 3, 5В * 1А = 3, 5Вт. Получается, что бесполезно расходуется 28 с лишним процентов энергии, больше, чем четвертая часть.

Если прямой ток через диод будет 10…20А, то бесполезно будет расходоваться до 20Вт мощности! Такую мощность имеет маленький паяльник. В описанном случае таким паяльником будет диод.

Диоды Шоттки

Совершенно очевидно, что избавиться от таких потерь можно, если снизить прямое падение напряжения на диоде Uд. Такие диоды получили название диодов Шоттки по имени изобретателя немецкого физика Вальтера Шоттки. Вместо p-n перехода в них используется переход металл – полупроводник. Эти диоды имеют прямое падение напряжения 0, 2…0, 4В, что значительно снижает мощность, выделяющуюся на диоде.

Единственным, пожалуй, недостатком диодов Шоттки является низкое обратное напряжение, — всего несколько десятков вольт. Максимальное значение обратного напряжения 250В имеет промышленный образец MBR40250 и его аналоги. Практически все блоки питания современной электронной аппаратуры имеют выпрямители на диодах Шоттки.

Обратная ветвь ВАХ

Одним из недостатков следует считать то, что даже при включении диода в обратном направлении через него все равно протекает обратный ток, ведь идеальных изоляторов в природе не бывает. В зависимости от модели диода он может варьироваться от наноампер до единиц микроампер.

Вместе с обратным током на диоде выделяется некоторая мощность, численно равная произведению обратного тока на обратное напряжение. Если эта мощность будет превышена, то возможен пробой p-n перехода, диод превращается в обычный резистор или даже проводник. На обратной ветви ВАХ этой точке соответствует загиб характеристики вниз.

Обычно в справочниках указывается не мощность, а некоторое предельно допустимое обратное напряжение. Примерно так же, как ограничение прямого тока, о котором было сказано чуть выше.

Собственно зачастую именно эти два параметра, а именно прямой ток и обратное напряжение и являются определяющими факторами при выборе конкретного диода. Это на тот случай, когда диод предназначается для работы на низкой частоте, например выпрямитель напряжения с частотой промышленной сети 50…60Гц.

Электрическая емкость p-n перехода

При использовании диодов в высокочастотных цепях приходится помнить о том, что p-n переход, подобно конденсатору имеет электрическую емкость, к тому же зависящую от напряжения, приложенного к p-n переходу. Это свойство p-n перехода используется в специальных диодах – варикапах, применяемых для настройки колебательных контуров в приемниках. Наверно, это единственный случай, когда эта емкость используется во благо.

В остальных случаях эта емкость оказывает мешающее воздействие, замедляет переключение диода, снижает его быстродействие. Такая емкость часто называется паразитной. Она показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Паразитная емкость

Конструкция диодов.

Плоскостные и точечные диоды

Чтобы избавиться от вредного воздействия паразитной емкости, применяются специальные высокочастотные диоды, например точечные. Конструкция такого диода показана на рисунке 25.

Рисунок 4. Точечный диод

Особенностью точечного диода является конструкция его электродов, один из которых является металлической иглой. В процессе производства эта игла, содержащая примесь (донор или акцептор), вплавляется в кристалл полупроводника, в результате чего получается p-n переход требуемой проводимости. Такой переход имеет малую площадь, а, следовательно, малую паразитную емкость. Благодаря этому рабочая частота точечных диодов достигает нескольких сотен мегагерц.

В случае, если используется более острая игла, полученная без электроформовки, рабочая частота может достигать нескольких десятков гигагерц. Правда, обратное напряжение таких диодов не более 3…5В, да и прямой ток ограничен несколькими миллиамперами. Но ведь эти диоды и не являются выпрямительными, для этих целей, как правило, применяются плоскостные диоды. Устройство плоскостного диода показано на рисунке

Рисунок 5. Плоскостный диод

Нетрудно видеть, что у такого диода площадь p-n перехода намного больше, чем у точечного. У мощных диодов эта площадь может достигать до 100 и более квадратных миллиметров, поэтому их прямой ток намного больше, чем у точечных. Именно плоскостные диоды используются в выпрямителях, работающих на низких частотах, как правило, не свыше нескольких десятков килогерц.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов.

Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи.

Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала.

Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания.

Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED — подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://electrik.info/

Дата добавления: 28.07.2013

Вольт-амперная характеристика диода — Студопедия

Глава 2

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод представляет собой полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Большинство диодов изготовлены на основе несимметричного p-n-перехода. При этом одна из областей диода, обычно (р⁺) высоколегированна и называется эмиттер, другая слаболегированная область (n) получила название — база. Р-n — переход размещается в базе т.к она слаболегирована. Структура, условное обозначение и название выводов показаны на рис. 2.1.Между каждой внешней областью полупроводника и ее выводом имеется омический контакт, который на рис. 2.1 показан жирной чертой.

В зависимости от технологии изготовления различают: точечные диоды, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой, эпитаксиальные и др.

По функциональному назначению диоды делятся на: выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны и стабисторы, варикапы, тунельные и обращенные, а также СВЧ-диоды и др.

Вольт-амперная характеристика диода

В реальном диоде прямая (кривая 1, рис.2.2) и обратная ветви вольт амперной характеристики (ВАХ) отличаются от ВАХ p-n-перехода.

При прямом смещении необходимо учитывать объёмное сопротивление областей базы r_б и эмиттера r_э диода (рис.2.3.), обычно r_б>>r_э. Падение напряжения на обьемном сопротивлении от тока диода, становятся существенным при токах, превышающих единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлении выводов. В результате напряжение непосредственно на р-n-переходе будет меньше напряжения, приложенного к внешним выводам диода. Это приводит к смещению прямой ветви ВАХ вправо (кривая 2, рис.2.2) и почти линейной зависимости от приложенного напряжения. ВАХ диода с учетом объемного сопротивления определяется выражением

,

где U_пр — напряжение, приложенное к выводам; r — суммарное сопротивление базы и электродов диода, обычно r=r_б.

Обратная ветвь диода зависит от величины обратного напряжения, т.е. наблюдается рост обратного тока. Это объясняется тем, что обратный ток диода состоит из трех составляющих:

I_обр =I₀ + I_тг + I_ут

где I₀ – тепловой ток перехода; I_тг – ток термогенерации. Он возрастает с увеличением обратного напряжения. Это связано с тем, что p-n перехода расширяется, а следовательно увеличивается количество неосновных носителей, образующихся в нем за счёт термогенерации. Ток термогенерации дает основной вклад в обратный ток диода. Он на 4-5 порядка больше тока I₀.

I_ут – ток утечки. Он связан конечной величиной проводимости поверхности кристалла, из которого изготовлен диод. В современных диодах он всегда меньше термотока.

Вольт-амперная характеристика вакуумного диода | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Раздел:

Электровакуумные приборы

Главной характеристикой диода является зависимость силы его анодного тока I_а от напряжения между анодом и катодом (анод­ного напряжения) U_а при номинальном на­кале катода. Эту зависимость изображают в виде графика, который и называют вольт-амперной (анодной) характеристикой.

Для снятия характеристики диода состав­ляют электрическую цепь по схеме, изоб­раженной на рис. 7.9. Здесь можно выделить цепь накала катода, в которую входит ис­точник накала и выключатель S. В анодную цепь входит промежуток в лампе анод-катод, миллиамперметр для измерения силы анодного тока, вольтметр для измерения анодного напряжения U_а, реостат R, вклю­ченный как делитель напряжения, и источ­ник анодного напряжения.

Изменяя с помощью резистора R на­пряжение между анодом и катодом, а также изменяя полярность включения анодного ис­точника, измеряют силу тока в анодной цепи и строят график, который показан на рис. 7.10, для чистого металлического (не­активированного) катода.

Дело в том, что ток насыщения можно получить лишь у диодов, катоды которых металлические. Такие катоды из чистого воль­фрама используются, например, в элект­ронных микроскопах. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 7.9. Схема установки для иссле­дования вольт-амперной характеристи­ки

Рис. 7.10. Вольт-амперная характерис­тика диода

В подавляющем большинстве электрон­ных ламп для уменьшения работы выхода электронов из катода последние покрывают различными веществами. Так, например, если нанести на вольфрам одну из окисей ще­лочноземельных металлов (бария и др.), то работа выхода уменьшается почти в 3 раза.

При исследовании диодов с активиро­ванными катодами можно наблюдать явление автоэлектронной эмис­сии.

Автоэлектронная эмис­сия — явление, когда за счет энергии электрического поля между анодом и катодом можно до­биться вырывания свободных электронов с холодного (не раскаленного) катода.

Автоэлектронная эмис­сия применяется в электронных лампах с холодным катодом (на графике показано пунктиром).

На этой странице материал по темам:

• Вольт амперная характеристика вакуума

• Вольтамперная характеристика вакуумного диода

• Вольт амперная характеристика в вакууме

• Лабораторная работа изучение вольт амперных характеристик вакуумного диода

• Вольт амперная хар-ка свободные носители в вакууме

Вопросы по этому материалу:

• Что такое вольт-амперная характеристика диода?

• Объясните характер изменения силы анодного тока в диоде при изме­нениях напряжения между анодом и катодом.

Полупроводниковый диод . Классификация параметры и обозначения…

Привет, Вы узнаете про полупроводниковый диод, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое полупроводниковый диод,вах диодов,классификация диодов,уго диодов,вольтамперная характеристика диодов,параметры диодов,простейший выпрямитель,простейший стабилизатор,диод , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Полупроводниковым диод ом называют электропреобразовательный прибор, который, как правило, содержит один или несколько электрических переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. Принцип работы большинства диодов основан на использовании различных физических явлений в электрических переходах. Наиболее часто в диодах применяют электроннодырочные переходы, контакты металл-полупроводник, анизотипные гетеропереходы. Однако существуют диоды, структура которых не содержит выпрямляющих электрических переходов (например, диод Ганна) либо содержит несколько переходов (например, p-i-n-диод, динистор), а также диоды с более сложной структурой переходов (например, MДM- и MДП-диоды и др.).

полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

В отличие от других типов диодов, например, вакуумных, принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике.

Полупроводниковыми диодами называются полупроводниковые приборы с одним p-n-переходом и двумя выводами.

Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа.
Сущесвуют также диодные сборки с множеством выводов.

классификация диодов .

Классификация диодов

Типы диодов по назначению

• Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
• Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
• Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
• Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
• Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
• Параметрические
• Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
• Умножительные
• Настроечные
• Генераторные

Типы диодов по частотному диапазону

• Низкочастотные
• Высокочастотные
• СВЧ

Типы диодов по размеру перехода

• Плоскостные
• Точечные
• Микросплавные

Типы диодов по принципу работы и конструкции

• Диоды Шоттки
• СВЧ-диоды
• Стабилитроны
• Стабисторы
• Варикапы
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Pin диод
• Лавинный диод
• Лавинно-пролетный диод
• Диод Ганна
• Туннельные диоды
• Обращенные диоды

Другие типы

• Селеновый выпрямитель (вентиль)
• Медно-закисный выпрямитель (вентиль, купрокс)
• алмазный диод- применяется в высокотемпературных средах (бурение, иследование других планети т.д.)

По мощности

В зависимости от конструктивных особенностей, разные диоды способны рассеивать в пространство различную

мощность, которая ограничивается тепловым разрушением материала проводимости или p-n перехода. Таким образом, диоды делят на:

• Маломощные;
• Средней мощности;
• Большой мощности (силовые).

По исполнению корпуса

Один и тот же вид диода может изготавливаться в различных корпусах. Для портативных устройств лучшим вариантом является диоды в форм-факторе SMD. Проволочные выводы в них заменены контактными площадками. Это обеспечивает им минимальные габаритные размеры, а также позволяет отказаться от монтажа в отверстия платы печатной платы и перейти на поверхностный. Сейчас поверхностным монтажом собирается более 95% портативных устройств. Его просто автоматизировать, а пайка ведется с помощью инфракрасной печи или ручного паяльного фена.

Рисунок 3.1 – Упрощенная структура и условное графическое обозначение полупроводникового диода.

Рисунок 3.1 – Устройство плоскостного диода.

Рисунок 3.1 – Устройство точечного диода.

Под понятием полупроводникового диода собрано множество приборов с различным назначением. Приборы с одним p—n-переходом;

1. выпрямительный диод — достаточно мощный, позволяющий получать из переменного тока постоянный для питания нагрузки;
2. импульсный диод;
3. лавинно-пролетный диод;
4. туннельный диод — диод с участком, обладающим отрицательным дифференциальным сопротивлением;
5. стабилитрон — диод, работающий на напряжении электрического пробоя в обратном направлении;
6. варикап — диод с управляемой напряжением емкостью ЭДП в обратном включении;
7. диод с накоплением заряда — импульсный диод с малым временем восстановления обратного сопротивления, выполненный методом диффузии примесей.

Приборы с иными разновидностями полупроводниковых структур:

1. диод Ганна — полупроводниковый прибор без p—n-перехода, использующий эффект доменной неустойчивости;
2. диод шоттки — прибор со структурой металл — полупроводник, с уменьшенным падением напряжения в прямом направлении;

Фотоэлектрические приборы со структурой типа p—i—n:

1. фотодиод — диод, преобразующий свет в разность потенциалов;
2. светодиод — диод, излучающий свет.

Также, помимо прочего, к диодам относят:

1. динистор, неуправляемый тиристор , имеющий слоистую p—n—p—n-структуру;

Плоскостные диоды обладают с высокими емкостными характеристиками. С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока. На больших частотах вследствие того в диоде есть емкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади p-n-перехода.

В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными p-n-переходами. Нужный точечный p-n-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником. При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта p-n-переход . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Микросплавными называются такие диоды, у которых p-n-переход создается при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом.

Выпрямительные диоды.

SMD форм-фактор не подходит для сильноточных диодов. Поэтому там изготавливают диоды в классическом корпусе с двумя выводами. При токах на диоде свыше 10 ампер необходимо уже обеспечивать принудительное охлаждение диода. Для этого они снабжаются болтом и гайкой для крепления к теплоотводящему радиатору. Сейчас серийно выпускаются выпрямительные диоды с максимально допустимым током до 2500 А и напряжением 2000 вольт. Такие модели изготавливаются в дисковом корпусе диаметром около 70 мм. Оба торца являются токоведущими выводами и теплоотводящими поверхностями. Выпрямительные диоды часто делаются в виде сборок по четыре (диодный мост).

Универсальные диоды .

Универсальные импульсные диоды применяются в большом количестве при изготовлении бытовых электронных устройств. Там с помощью них реализуют логические операции, выпрямляют токи небольшой величины. Объемы их выпуска наиболее велики. Цена на них при оптовой покупке составляет несколько центов и менее.

Стабилитроны и варикапы.

Стабилитроны являются простым сенсором, реагирующим на изменение напряжения. Именно такую функцию они выполняют в стабилизаторах напряжения. При помощи организации специальной схемы, маломощным стабилитроном можно стабилизировать значительные токи.

Варикапы являются неотъемлемым компонентом современных радиочастотных схем. Именно с помощью них осуществляется модуляция и перестройка частоты. Важнейшая характеристика варикапа — перекрываемая емкость и добротность. От этого зависит, на какой рабочей частоте может работать варикап. Для СВЧ схем требуются очень высокие значения добротности.

Основные характеристики и параметры диодов

• Вольт-амперная характеристика
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
• Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
• Максимально допустимый постоянный прямой ток
• Максимально допустимый импульсный прямой ток
• Номинальный постоянный прямой ток
• Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
• Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
• Диапазон рабочих частот
• Ёмкость
• Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
• Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
• Максимально допустимая мощность рассеивания

система параметров приводятся в справочниках.

Эта система позволяет правильно выбрать диод для применения в конкретных условиях.
Iпр – прямой ток, проходящий в прямом направлении,
Uпр – прямое напряжение,
Iпр max – максимально доступный прямой ток,
Uобр max – максимально доступное обратное напряжение,
Iобр – обратный ток диода,
Uобр – обратное напряжение диода – (постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении).

• Вольт-амперная характеристика
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
• Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
• Максимально допустимый постоянный прямой ток
• Максимально допустимый импульсный прямой ток
• Номинальный постоянный прямой ток
• Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
• Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
• Диапазон рабочих частот
• Ёмкость
• Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
• Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
• Максимально допустимая мощность рассеивания

Пример: КД204А Iпр = 2 А, Uобрmax = 400 В,
Uпр = 1.4 В, Iобр = 150 мкА
Диоды, как нелинейные элементы, характеризуются
статическим Rc = U/I
дифференциальным (динамическим) Rдиф = ∆U/∆I

Условное графическое изображение (УГО)диодов на схемах

Общее обозначение диода

Так обозначают на схемах выпрямительные, высокочастотные, импульсные диоды.

---

Обозначение стабилитронов

---

Обозначение двухстроннего стабилитрона

Двухсторонний стабилитрон чаще называют двуханодным. Главная прелесть состоит в том, что его можно включать независимо от полярности. Причем стабилитроны одной и той же марки могут быть как двухсторонними, так и односторонними, например, КС162, КС168, КС133 и др. бывают в железных корпусах (или в стекле) и они односторонние, а бывают в пластмассe обычно красного цвета — двуханодные.

---

Oбозначение варикапа

---

Обозначение варикапной матрицы

---

Обозначение туннельного диода

---

Oбозначение обращенного туннельного диода

---

Oбозначение диода с барьером Шотки (диод Шотки)

---

Oбозначение светодиода

---

Oбозначение фотодиода

Плоскостные

В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока. В той части обозначения, где располагается треугольник , находится p-область, которую еще называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок , находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой.

Выпрямительные Стабилитрон Туннельные Варикапы Светодиоды Фотодиоды

Условные графические обозначения элементов, компонентов и устройств волоконно-оптических систем передачи с применением диодов

обозначение лазерных диодов

Система маркировки диодов

1 – исходный материал:
германий — буква Г или цифра 1 ;
кремний — буква К или цифра 2 ;
галлий — буква А или цифра 3 ;
индий — буква И или цифра 4
2 – тип прибора:
А — СВЧ диоды
В — варикап ы
Д — выпрямительные и импульсные
И — туннельные диоды
Л — излучающие диоды (светодиоды)
Н — диодные тиристоры ( динисторы )
С — стабилитрон ы
Ц — выпрямительные столбы и блоки
3 – цифры обозначают некоторые основные параметры диода (мощность) (для стабилитронов четвертый элементы характеризуют напряжение стабилизации),
4 – буквы и /или цифры, обозначающие порядковый номер разработки
5 — буква, определяющая классификацию по параметрам.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) диодов

Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создает очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току.

Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь p-n-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные p-n-переходы соответствующие последнему слову науки и техники.

Технология создания p-n-перехода получается, за счет ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создает в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии.

Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными».

График стабилитрона

Вольтамперная характеристика (ВАХ) реального диода

Для технических целей используют ВАХ в линейных координатах.
При больших напряжениях обратного смещения в диоде может развиться пробой – резкое увеличение обратного тока при незначительном изменении напряжения. При лавинном пробое электроны в электрическом поле p-n перехода приобретают энергию, достаточную для ионизации собственных атомов полупроводника. Это приводит к лавинному размножению носителей заряда, резкому увеличению их локальной концентрации и соответственно тока. После развития лавинного пробоя диод не теряет свою работоспособность. Этот вид пробоя используется в полупроводниковых стабилитронах, о свойствах которых будет сказано далее.
Тепловой пробой развивается в результате локального разогрева области p-n перехода, и как следствия, увеличения концентрации носителей заряда. Тепловой пробой является необратимым, после которого диод теряет свои свойства и работоспособность.

Вольтамперная характеристика идеального диода

Стабилитронами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 Ви выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния.

Вольтамперная характеристика стабистора

Принцип действия универсального диода

Вольт-амперная характеристика диода описывается уравнением Шокли:

где

Темновой ток насыщения — ток утечки диода, определяемый его конструкцией, является масштабным коэффициентом. Коэффициент идеальности — также конструктивная характеристика диода. Для идеального диода равен 1, для реальных диодов колеблется от 1 до 2 в зависимости от различных параметров (резкость перехода, степень легирования и пр.)

простейший выпрямитель

Простейший выпрямитель

В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод Vработает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2практически равно входящему напряжению.

График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя

При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным.

Простеший сабилизатор

Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя.

Схема простейшего стабилизатора напряжения

В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон.

Интересные факты о диодах

• В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А, Б), и как стабистор (Д220С) Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.
• Диоды могут использоваться как датчики температуры.
• Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD-варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету). Существуют радиолюбительские схемы, в которых обычные диоды используются в качестве фотодиода и даже в качестве солнечной батаре

См. также:

На этом все! Теперь вы знаете все про полупроводниковый диод, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое полупроводниковый диод,вах диодов,классификация диодов,уго диодов,вольтамперная характеристика диодов,параметры диодов,простейший выпрямитель,простейший стабилизатор,диод и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Характеристики диода

| Electrical4U

Мы используем полупроводниковые материалы (Si, Ge) для изготовления различных электронных устройств. Самый простой прибор — диод. Диод представляет собой двухконтактное устройство с PN-переходом. PN-переход образуется при контакте материала P-типа с материалом N-типа. Когда материал P-типа контактирует с материалом N-типа, электроны и дырки начинают рекомбинировать вблизи перехода. Это приводит к отсутствию носителей заряда в переходе, и поэтому переход называется обедненной областью.Когда мы прикладываем напряжение к клеммам PN перехода, мы называем его диодом. На рисунке ниже показан символ диода с PN переходом.

Диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет протекать току только в одном направлении в зависимости от смещения.

Характеристика прямого смещения диода

Когда клемма P более положительная по сравнению с клеммой N, то есть клемма P, подключенная к положительной клемме батареи, а клемма N, подключенная к отрицательной клемме батареи, считается смещенным вперед.

Положительный вывод батареи отталкивает основные носители заряда, дырки в P-области, а отрицательный вывод отталкивает электроны в N-области и подталкивает их к переходу. Это приводит к увеличению концентрации носителей заряда вблизи перехода, происходит рекомбинация и ширина обедненной области уменьшается. По мере увеличения напряжения прямого смещения область обеднения продолжает уменьшаться по ширине, и все больше и больше носителей рекомбинируют. Это приводит к экспоненциальному увеличению тока.

Характеристика обратного смещения диода

При обратном смещении клемма P подключена к отрицательной клемме аккумулятора, а клемма N — к положительной клемме аккумулятора.Таким образом, приложенное напряжение делает сторону N более положительной, чем сторону P. Отрицательный вывод батареи притягивает большинство носителей заряда, дырки в P-области, а положительный вывод притягивает электроны в N-области и отводит их от перехода. Это приводит к уменьшению концентрации носителей заряда вблизи перехода и увеличению ширины обедненной области. Небольшой ток, протекающий из-за неосновных носителей заряда, называется током обратного смещения или током утечки. По мере увеличения напряжения обратного смещения область обеднения продолжает увеличиваться в ширину, и ток не течет.Можно сделать вывод, что диод действует только при прямом смещении. Работа диода может быть представлена ​​в виде графика I-V характеристик диода .
Для диода обратного смещения,
Где, V = напряжение питания
I _D = ток диода
I _S = ток обратного насыщения
Для прямого смещения,
Где, В _T = эквивалент температуры в вольт = KT / Q = T / 11600
Q = электронный заряд =
K = постоянная Больцмана =
N = 1, для Ge
= 2, для Si

При дальнейшем повышении напряжения обратного смещения ширина обедненной области увеличивается и наступает момент перехода ломается.Это приводит к большому току. Пробой является перегибом характеристики диода кривой. Разрушение соединения происходит из-за двух явлений.

Лавинный пробой (для V> 5 В)

При очень высоком напряжении обратного смещения кинетическая энергия неосновных носителей становится настолько большой, что они выбивают электроны из ковалентных связей, которые, в свою очередь, выбивают больше электронов, и этот цикл продолжается до тех пор, пока не произойдет пробой перехода. . Это явление известно как лавинный пробой — явление, характерное для лавинных диодов.

Эффект Зенера (для V

<5V)

При обратном напряжении смещения барьер перехода имеет тенденцию к увеличению с увеличением напряжения смещения. Это приводит к очень сильному статическому электрическому полю на стыке. Это статическое электрическое поле разрывает ковалентную связь и освобождает неосновные носители, что способствует обратному току. Резко возрастает ток и разрывается переход. Это явление известно как пробой стабилитронов и является центральным явлением для стабилитронов.

Пояснение к характеристической кривой диода | Electrical Academia

Типичная характеристическая кривая диода показана на рисунке 1.Эта кривая показывает изменение тока диода в зависимости от напряжения на диоде.

На правой стороне вертикальной оси (ось тока) диод смещен в прямом направлении, потому что напряжение, приложенное к нему, является положительным. Левая часть соответствует обратному смещению.

Когда диод смещен в прямом направлении , ток на нем резко увеличивается по мере увеличения напряжения. Это представляет собой небольшое сопротивление току.

Напротив, для с обратным смещением диод показывает большое сопротивление, а ток, таким образом, очень мал (пренебрежимо мал).При обратном смещении диод может выдерживать напряжение на нем до определенного предела до выхода из строя. Когда напряжение превышает напряжение пробоя, обычный диод выходит из строя, и происходит внезапное увеличение тока.

При повреждении диода он становится бесполезным и не выдерживает никакого напряжения. Точка, в которой происходит пробой, называется точкой пробоя , а высокий ток после этой точки называется лавинным током .

Напряжение пробоя : Напряжение, при котором полупроводниковое устройство меняет поведение или выходит из строя.

Точка пробоя : Точка на характеристической кривой полупроводникового устройства, где приложенное напряжение превышает предел, который устройство может выдержать без резкого изменения поведения или без повреждения.

Лавинный ток : Относительно более высокий ток в полупроводниковом приборе после пробоя.

В целом можно сказать, что характеристическая кривая диода состоит из трех линий . Это верно, за исключением исходного положения, которое отличается.

Помните, что для прохождения кремниевого PN-перехода требуется напряжение 0,7 В (0,3 В для германия). Это означает, что линия, соответствующая области прямого смещения, начинается не от начала координат, а от точки 0,7 В на горизонтальной оси.

Обратите внимание, что на рисунке 1 наклон кривых для ясности смягчен. На самом деле наклон этих линий более вертикальный или более горизонтальный, чем показано.

Рисунок 1 Характеристическая кривая диода.

Как и любое другое устройство или электрический компонент, диод рассчитан на максимальное напряжение и максимальный ток. Например, , маленький диод может иметь номинал 1 А; таким образом, его не следует использовать в цепи с током более 1 А (если он не используется параллельно с некоторыми другими диодами).

Диод с более высоким номиналом может подойти для схемы, скажем, с током 200 А. На рисунке 2 показан специальный диод для силовой электроники с большой токовой нагрузкой.

В дополнение к указанным выше характеристикам диод имеет номинал обратного напряжения.Это максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении до появления лавинного тока и выхода из строя.

Для любого применения пиковое обратное напряжение (PIV), также называемое пиковым обратным напряжением (PRV), номинал диода необходимо учитывать для максимального напряжения на диоде в состоянии обратного смещения.

Пиковое обратное напряжение (PIV): Это максимальное обратное напряжение смещения, которое диод может выдержать без повреждения (пробоя).Это важно при выборе диодов в конструкции выпрямителей. Это также называется пиковым обратным напряжением (PRV).

Пиковое обратное напряжение (PRV): То же, что и пиковое обратное напряжение (PIV).

В цепи диоду требуется небольшое напряжение на нем, чтобы проводить.

Рисунок 2 Специальный сильноточный диод.

При использовании диода в цепи необходимо учитывать его номинальное напряжение и ток, а также его пиковое значение обратного напряжения.

Характеристики диода — динамическое сопротивление, время перехода

В этом руководстве мы узнаем о некоторых важных характеристиках диодов. Изучив эти характеристики диода, вы лучше поймете принцип работы диода в целом.

Характеристики часто используемых диодов

Некоторые из часто используемых характеристик диодов приведены ниже.

• Текущее уравнение
• Сопротивление постоянному току
• Сопротивление переменному току
• Переходная емкость
• Диффузионная емкость
• Время хранения
• Время перехода
• Время восстановления

Теперь мы вкратце рассмотрим эти характеристики диодов немного подробнее.

Уравнение тока диода Диод с PN переходом

широко известен тем, что пропускает электрический ток только в одном направлении. Величина тока, протекающего через диод с PN-переходом, в значительной степени зависит от типа используемого материала, а также от концентрации легирования при изготовлении диода с PN-переходом.

Основная причина протекания тока связана с генерацией или рекомбинацией основных носителей заряда в структуре диода с PN-переходом.

У нас будет три области, ответственные за протекание тока основных носителей заряда. Эти области представляют собой квазинейтральную P-область, обедненную область, квазинейтральную N-область. Область квазинейтрального P — типа — это расстояние между краем обедненной области и краем диода на P — стороне.

Область квазинейтрального N — типа — это расстояние между краем обедненной области и краем диода на N — стороне. Для предположения, это расстояние разделения бесконечно.Концентрация носителей заряда не изменится по мере приближения к границам диода. В квазинейтральной области электрического поля не будет.

Δn _p (x → -∞) = 0

Δp _n (x → + ∞) = 0

Ток диода в прямом смещении возникает из-за рекомбинации основных носителей заряда. Рекомбинация носителей заряда происходит либо в квазинейтральных областях P — типа, либо в N — типах, в обедненной области или на омических контактах i.е., на контакте металла и полупроводника.

Ток в обратном смещении возникает из-за генерации носителей заряда. Этот тип процесса генерации носителей заряда дополнительно увеличивает ток как в прямом, так и в обратном смещении.

Протекание тока в диоде с PN-переходом определяется плотностью носителей заряда, электрическим полем в структуре диода с PN-переходом и энергиями квазиуровней Ферми P-типа и N-типа.Плотность носителей и электрическое поле используются для определения тока дрейфа и диффузионного тока PN-диода.

Энергии квазиуровней Ферми электронов и дырок в области обеднения и в квазинейтральных областях N-типа и P-типа предполагаются приблизительно равными при получении аналитического решения.

Если предположить, что уровни энергии Ферми постоянны в обедненной области, плотность неосновных носителей заряда на границе обедненной области будет следующей:

Когда внешнее напряжение не подается, состояние теплового равновесия достигается по приведенным выше уравнениям.Расстояние между уровнями Ферми увеличивается с увеличением внешнего приложенного напряжения. Это внешнее напряжение умножается на заряд электрона.

Избыточные носители заряда, присутствующие в любой из квазиобластей, рекомбинируют сразу же, когда достигают контакта металл-полупроводник. Процесс рекомбинации происходит быстро на омическом контакте и дополнительно усиливается в присутствии металла. Поэтому допустимые граничные условия можно сформулировать следующим образом:

p _n (x = w _n ) = p _n0

n _p (x = -w _p ) = n _p0

Рассмотрим уравнение диффузионного тока как для квазинейтральных областей N-типа, так и для P-типа, выражение для тока идеального диода будет получено путем использования граничных условий к рассматриваемому уравнению диффузионного тока.

Преобразуя приведенные выше уравнения в гиперболические функции, переписывая приведенные выше уравнения как

p _n (x≥x _n ) = p _n0 + A cosh {(xx _n ) / L _p } + B sinh {(xx _n ) / L _p }

n _p (x ≤ -x _p ) = n _p0 + C ch {(x + x _p ) / L _n } + D sinh {(x + x _p ) / L _n }

Здесь A, B, C и D — постоянные значения, которые необходимо определить.Если к приведенным выше гиперболическим уравнениям применить граничные условия, то у нас будет

Где ширина квазинейтральной области N — типа и P — типа дана как

w´ _n = w _n — x _n

w´ _p = w _p — x _p

Плотность тока носителей заряда в каждой квазинейтральной области рассчитывается из уравнения диффузионного тока как

Величина электрического тока, протекающего по всей структуре диода с PN-переходом, всегда должна быть постоянной, потому что никакой заряд не может исчезнуть или накапливаться во всей структуре диода.

Следовательно, полный ток через диод равен сумме максимального дырочного тока в n-области, максимального электронного тока в p-области и тока из-за рекомбинации носителей заряда в обедненной области. Максимальные токи в квазинейтральных областях возникают по бокам от обедненной области.

Постоянное или статическое сопротивление

Статическое сопротивление или сопротивление постоянному току диода с PN переходом определяет резистивную природу диода, когда к нему подключен источник постоянного тока.Если внешнее постоянное напряжение подается на схему, в которую входит полупроводниковый диод, это приводит к появлению точки Q или рабочей точки на характеристической кривой диода с PN переходом, которая не изменяется со временем.

Статическое сопротивление в изгибе кривой и ниже ее будет намного больше, чем значения сопротивления участка вертикального подъема характеристической кривой. Минимум — это ток, проходящий через диод, максимум — это уровень сопротивления постоянному току.

R _DC = В _DC / I _DC

AC или динамическое сопротивление

Динамическое сопротивление вычисляется по уравнению диода Шокли.Он определяет резистивную природу диода, когда к нему подключен источник переменного тока, который зависит от поляризации постоянного тока диода с PN переходом.

Если внешний синусоидальный сигнал подается на схему, состоящую из диода, изменяющийся вход будет немного сдвигать мгновенную точку Q относительно текущего положения в характеристиках, и, следовательно, он определяет определенное изменение напряжения и тока.

Когда внешний переменный сигнал не подается, рабочей точкой будет точка Q (или точка покоя), которая определяется уровнями приложенного сигнала постоянного тока.Сопротивление диода переменному току увеличивается за счет понижения точки Q срабатывания. Короче говоря, это эквивалентно наклону напряжение-ток PN-диода.

r _d = ΔV _d / ΔI _d

Среднее сопротивление переменному току

Если входного сигнала достаточно для создания большого колебания, то сопротивление, относящееся к диоду для этой области, называется средним сопротивлением переменного тока. Он определяется прямой линией, соединяющей точку пересечения минимального и максимального значений внешнего входного напряжения.

R _ср. = (ΔV _d / ΔI _d ) _{pt к pt}

Переходная емкость

Переходная емкость может также называться емкостью обедненного слоя или емкостью пространственного заряда. Это в основном наблюдается в конфигурации с обратным смещением, где области P-типа и N-типа имеют более низкое сопротивление, а обедненный слой может действовать как диэлектрическая среда.

Этот тип емкости возникает из-за изменений внешнего напряжения, при которых неподвижные заряды изменяются на краях слоя обедненной области.Это зависит от диэлектрической проницаемости и ширины обедненного слоя. Если ширина обедненного слоя увеличивается, переходная емкость уменьшается.

C _T = ε _с / w = √ {[qε _с /2 (ϕ _i — V _D )] [N _a N _d / (N _a + N _d )]}

Диффузионная емкость

Диффузионную емкость можно также назвать накопительной емкостью, которая в основном наблюдается в конфигурации с прямым смещением.Это емкость, вызванная переносом носителей заряда между двумя выводами диода, то есть от анода к катоду в конфигурации с прямым смещением диода с PN переходом.

Если позволить электрическому току проходить через полупроводниковое устройство, в какой-то момент на нем будет образовываться заряд. В случае, если приложенное внешнее напряжение и ток изменятся на другое значение, при передаче будет создаваться другое количество заряда.

Отношение переходного заряда, созданного к дифференциальному изменению напряжения, будет диффузионной емкостью. Если уровень тока увеличивается, уровни диффузионной емкости автоматически увеличиваются.

Повышенный уровень тока приведет к снижению уровней сопутствующего сопротивления, а также постоянной времени, что важно в высокоскоростных приложениях. Значение диффузионной емкости намного больше, чем значение переходной емкости, и оно прямо пропорционально величине постоянного тока.

C _diff = dQ / dV = [dI (V) / dV] Γ _F

Время хранения

Диод с PN-переходом действует как идеальный проводник в конфигурации с прямым смещением и действует как идеальный изолятор в конфигурации с обратным смещением. Во время переключения из состояния прямого смещения в обратное поток тока переключается и остается постоянным на том же уровне. Это время, в течение которого ток меняет направление и поддерживает постоянный уровень, называется временем хранения (T _s ).

Время, необходимое электронам, чтобы перейти от P-типа обратно к N-типу и дыркам, чтобы перейти от N-типа обратно к P-типу, является временем хранения. Это значение можно определить по геометрии PN-перехода. В течение этого времени хранения диод ведет себя как короткое замыкание.

Время перехода

Время, в течение которого ток уменьшится до значения обратного тока утечки после того, как он останется на постоянном уровне, называется временем перехода. Обозначается, поскольку значение времени перехода определяется геометрией PN перехода и концентрацией уровней легирования материалов P — типа и N — типа.

Время обратного восстановления

Сумма времени хранения и времени перехода называется временем обратного восстановления. Это время, необходимое диоду для повышения подаваемого токового сигнала до 10% от значения постоянного состояния от обратного тока утечки. Значение времени обратного восстановления для диода с PN переходом обычно составляет порядка микросекунд.

Его значение для широко используемого диодного выпрямителя с малым сигналом 1N4148 обычно составляет 4 нс, а для выпрямительного диода общего назначения — 2 мкс.Высокая скорость переключения может быть достигнута за счет высокого значения обратных токов утечки и высоких падений прямого напряжения. Обозначается T _rr .

Лист данных Анализ

Сводка

Здесь представлен краткий обзор различных характеристик диодов.

ПРЕДЫДУЩИЙ — PN ДИОД ПЕРЕХОДА

СЛЕДУЮЩИЕ — ВИДЫ ДИОДОВ

Planet Analog — Характеристики диода

Несмотря на то, что диоды представляют собой простое устройство, они имеют ряд особенностей, которые следует учитывать.Эти черты часто зависят от приложения. Некоторые приложения включают в себя: выпрямители, логическое ИЛИ, отключение транзисторов, свободный ход (индукторы и двигатели) и, конечно же, специализированные функции, такие как светодиоды и источники опорного напряжения.

Диод, как и его треугольный символ, пропускает ток в одном направлении, блокируя ток и напряжение в противоположном направлении. Теория основана на полупроводниковом переходе и ориентации легированных областей. Самым основным из них является диод с PN переходом.

Диод смещается, «автоматически» пропуская ток с низким прямым падением напряжения, типичные значения которого составляют 0,7 В для диодов с PN переходом и 0,3 В для диодов Шоттки. Работа происходит в первом квадранте, где и напряжение, и ток положительны. Четвертый квадрант — это напряжение блокировки и результирующий ток утечки. Большая часть потерь мощности рассчитывается на основе этих двух рабочих точек. Однако быстрое переключение диода приводит к потере мощности в виде напряжения и токов, которые присутствуют во время переключения.

Формы сигналов при включении (любезно предоставлено Vishay)

Формы сигналов при выключении (любезно предоставлено Vishay)

Обратное восстановление также играет роль в потере мощности. Это область, в которой развиваются технологии с использованием новых полупроводниковых материалов, таких как SiC. Для диодов используется много различных типов полупроводников, таких как GaN и GaAs. Преимущества охватывают потребности, основанные на более коротком времени восстановления, более высоких напряжениях блокировки и повышенной допустимой токовой нагрузке.

Поскольку это полупроводники, работающие по принципу запрещенной зоны, введение тепла в диод изменяет его характеристики. При потере мощности выделяется тепло. Следовательно, потеря мощности будет включать Ptotal = Pconduction + Pblocking + Pturnoff + Pturnon. К счастью, потери при выключении усредняются за время выключения. В противном случае они могут стать весьма значительными из-за присутствующего напряжения и тока.

Последняя мысль о диодах: они не непобедимы.Диоды рассчитаны на импульсное однократное и повторяющееся поглощение энергии в периодических приложениях. Понимание этих ограничений и их влияния на производительность устройства может избавить от головной боли. Для страховки может быть лучше соединить диоды параллельно или последовательно, чтобы немного снизить нагрузку. В отличие от братьев и сестер, они хорошо делятся.

Список литературы

1. Vishay application note Выпрямители
2. Руководство инженера по электронике и электричеству сигнальных диодов 25 сентября 2014 г.
3. Research Gate изображение

Характеристики диодов

— полупроводниковые диоды

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковые диоды обладают свойствами, которые позволяют им выполнять множество различных электронных функций.Для выполнения своей работы инженеры и техники должны иметь данные об этих различных типах диодов. Информация, представленная для этой цели, называется ДИОДНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ. Эти характеристики предоставляются производителями либо в их руководствах, либо в таблицах технических характеристик (технических паспортах). Из-за множества производителей и множества типов диодов нецелесообразно предлагать вам спецификацию и называть ее типовой. Помимо разницы между производителями, один производитель может даже предоставить листы спецификаций, которые различаются как по формату, так и по содержанию.Несмотря на эти различия, обычно требуется определенная информация о характеристиках и конструкции. Мы обсудим эту информацию в следующих нескольких абзацах.

Стандартный лист технических характеристик обычно содержит краткое описание диода. В это описание включены тип диода, основная область применения и любые особенности. Особый интерес представляет конкретное применение, для которого подходит диод. Производитель также предоставляет чертеж диода с указанием размеров, веса и, при необходимости, любых опознавательных знаков.В дополнение к приведенным выше данным также предоставляется следующая информация. Статический рабочий стол (дает точечные значения параметров при фиксированных условиях), иногда характеристическая кривая, подобная той, что на этом рисунке (показывающая, как параметры изменяются во всем рабочем диапазоне), и номиналы диодов (которые являются предельными значениями рабочих условий). снаружи, что может привести к повреждению диода).

Производители указывают эти различные рабочие параметры и характеристики диодов с помощью «буквенных символов» в соответствии с установленными определениями.Ниже приводится список с буквенным обозначением основных электрических характеристик выпрямителя и сигнальных диодов.

Выпрямительные диоды

БЛОКИРУЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА [V _R ] — максимальное обратное постоянное напряжение, не вызывающее пробоя.

СРЕДНЕЕ Падение прямого напряжения [V _{F (AV)} ] — среднее прямое падение напряжения на выпрямителе при заданном прямом токе и температуре.

СРЕДНИЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ПРЯМОЙ ТОК [I _{F (AV)} ] — средний выпрямленный прямой ток при заданной температуре, обычно 60 Гц с резистивной нагрузкой.

СРЕДНИЙ ОБРАТНЫЙ ТОК [I _{R (AV)} ] — средний обратный ток при заданной температуре, обычно при 60 Гц.

PEAK SURGE CURRENT [I _SURGE ] — пиковый ток, указанный для данного количества циклов или части цикла.

Сигнальные диоды

PEAK REVERSE VOLTAGE [PRV] — максимальное обратное напряжение, которое может быть приложено до достижения точки пробоя. (PRV также относится к выпрямительному диоду.)

ОБРАТНЫЙ ТОК [I _R ] — небольшое значение постоянного тока, протекающего при обратном смещении полупроводникового диода.

Максимальное падение напряжения в прямом направлении при указанном прямом токе [V _F @I _F ] — максимальное прямое падение напряжения на диоде при указанном прямом токе.

ВРЕМЯ РЕВЕРСНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ [t _rr ] — максимальное время, необходимое диоду прямого смещения, чтобы восстановить свое обратное смещение.

Номинальные параметры диода (как указано ранее) являются предельными значениями рабочих условий, превышение которых может вызвать повреждение диода либо из-за пробоя напряжения, либо из-за перегрева.Диоды с PN-переходом обычно рассчитаны на: МАКСИМАЛЬНЫЙ СРЕДНИЙ ПРЯМОЙ ТОК, ПИКОВЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ПРЯМОЙ ТОК, МАКСИМАЛЬНЫЙ БРОСНЫЙ ТОК и ПИКОВОЕ ОБРАТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ.

Максимальный средний прямой ток обычно дается при особой температуре, обычно 25 ° C (77 ° F), и относится к максимальной величине среднего тока, которая может протекать в прямом направлении. Если этот рейтинг будет превышен, может произойти поломка конструкции.

Пиковый повторяющийся прямой ток — это максимальный пиковый ток, которому можно разрешить течь в прямом направлении в форме повторяющихся импульсов.

Максимальный импульсный ток — это максимальный ток, разрешенный для протекания в прямом направлении в форме непериодических импульсов. Ток не должен равняться этому значению дольше нескольких миллисекунд.

Пиковое обратное напряжение (PRV) — один из самых важных номиналов. PRV указывает максимальное напряжение обратного смещения, которое может быть приложено к диоду, не вызывая пробоя перехода.

Все вышеперечисленные характеристики могут изменяться в зависимости от температуры.Если, например, рабочий температура выше указанной для номинальных значений, тогда рейтинги должны быть уменьшены.

Характеристики диода с PN переходом

и смещение — Анализируйте измеритель

Диод с переходом Pn

является одним из самых основных диодов. Он используется в конструкции транзисторов, полевых транзисторов, вентилей и многих других типов интегральных схем. Это самые простые и базовые диоды, доступные и использующие такие характеристики PN-перехода, как обедненный слой, диффузионный и дрейфовый ток.Мы предпочитаем сначала прочитать нашу статью о PN Junction, прежде чем читать это руководство для максимального понимания.

Но позвольте нам также дать вам представление о диодах. Диод — это электронное устройство, которое проводит ток в одном направлении, то есть либо в прямом, либо в обратном направлении в определенный момент времени. Мы надеемся, что вы все прочитали и поняли, как работают диоды, но если вы хотите еще раз освежить эту тему, мы написали для вас очень простое и понятное базовое руководство по диодам.

[Источник изображения]

В этой статье вы узнаете:

Что такое диод PN-перехода

[Изображение предоставлено]

Диод PN-перехода представляет собой 2-контактное устройство, изготовленное путем соединения P-типа и Полупроводники N-типа химически (изображение дано выше) и. Он позволяет электрическому току проходить только в одном направлении, а блокирует — в другом. Направление тока зависит от смещения диода.

Если диод смещен в прямом направлении, он позволяет току проходить через цепь, но если диод смещен в обратном направлении, он блокирует ток.

Дополнительная маркировка: PN-переходной диод также называется PN-переходом. PN-переход с двумя металлическими контактами известен как PN-переход или полупроводниковый диод .

Схематическое изображение или базовое обозначение диода с PN-переходом приведено ниже:

Как работает PN-диод?

Чтобы понять работу диода с p-n переходом, мы подключаем его к внешнему напряжению в диапазоне 0 В, 5 В, 10 В и так далее.Это поможет нам определить изменение тока, проходящего через p-n переход, с увеличением уровня напряжения.

Обычно мы подключаем два металлических контакта на концах p-n перехода для подачи внешнего напряжения.

Как мы знаем, диод — это специализированный электронный компонент с двумя электродами, называемыми анодом, а катод проводит ток в одном направлении. Как показано на рисунке выше, направление стрелки указывает направление обычного тока.

Смещение PN перехода:

Процесс приложения внешнего напряжения к диоду p-n перехода известен как смещение . Обычно мы смещаем p-n-переход следующим образом. Полное объяснение смещения диода приведено ниже с VI характеристиками диода с PN переходом.

• Прямое смещение: При прямом смещении отрицательная клемма подключена к материалу n-типа, а положительная клемма подключена к материалу p-типа через диод . показывает уменьшение встроенного потенциального барьера.
• Обратное смещение: При обратном смещении отрицательная клемма подключена к материалу p-типа, а положительная клемма подключена к материалу n-типа, поперек диода показывает увеличение встроенного потенциального барьера.
• Нулевое смещение: При нулевом смещении внешнее напряжение не подается.

PN Переходное диодное смещение Описание

В современной электронике p-n переход обладает особыми свойствами, которые используются во многих приложениях. Мы можем смещать PN-переход следующими способами, подавая внешнее напряжение.Ниже объясняются 3 возможных состояния смещения и 2 рабочие области для типичного диода с p-n переходом.

[Источник изображения]

(i) Диод нулевого смещения:

При нулевом смещении или состоянии теплового равновесия потенциал перехода обеспечивает более высокую потенциальную энергию дыркам на стороне p, чем на стороне n. Когда мы закорачиваем выводы переходного диода , несколько основных носителей на p-стороне с максимальной пороговой энергией начинают перемещаться через область обеднения.С помощью основных носителей заряда в диоде начинает течь ток, известный как прямой ток.

Точно так же неосновные носители заряда на n-стороне перемещаются через обедненную область в обратном направлении. Это движение неосновных носителей заряда вызывает обратный ток. Благодаря этому потенциальный барьер препятствует движению электронов и дырок через переход. Но это позволяет неосновным носителям перемещаться через p-n-переход.

Следовательно, потенциальный барьер помогает неосновным носителям заряда p-типа и n-типа дрейфовать через p-n-переход.После этого, когда основные носители заряда равны и оба движутся в обратном направлении, равновесие устанавливается. Это указывает на нулевой ток, протекающий в цепи. Вот почему считается, что соединение находится в состоянии динамического равновесия.

(ii) Диод с прямым смещением:

Смещение в прямом направлении диода с p-n переходом очень просто. Для прямого смещения диода с PN-переходом мы подключаем его сторону p к положительной клемме, а сторону n — к отрицательной клемме батареи или другого источника тока.

При приложении внешнего напряжения большинство носителей заряда в областях N-стороны и P-стороны притягиваются к PN-переходу. Это приводит к уменьшению ширины обедненного слоя из-за диффузии основных носителей заряда. Таким образом, электрическое поле , индуцируется в направлении, противоположном направлению встроенного поля.

Когда прямое смещение больше встроенного потенциала, область истощения становится намного тоньше. Из-за этого большое количество основных носителей заряда пересекает PN-переход и проводит электрический ток.Ток, протекающий до встроенного потенциала (потенциал в области истощения в тепловом равновесии), известен как ток KNEE.

(iii) Диод обратного смещения:

Прямое смещение полностью противоположно прямому смещению. В состоянии обратного смещения мы подключаем положительный вывод источников напряжения к стороне n, а отрицательный вывод — к стороне p диода с p-n переходом.

При подаче внешнего напряжения положительный вывод притягивает электроны. Это заставляет электроны уходить от перехода на N-стороне.Точно так же отрицательный вывод притягивает отверстия , а отверстия отходят от соединения на стороне P.

Это приводит к увеличению ширины обедненной области и, следовательно, потенциального барьера. С увеличением ширины потенциального барьера электрическое поле на переходе также начинает увеличиваться, и p-n переход действует как резистор.

Несущественные носители заряда, генерируемые в обедненной области, вызывают небольшой ток, также известный как ток утечки в переходном диоде.Это указывает на то, что увеличение ширины обедненного слоя представляет собой путь с высоким импедансом, который действует как изолятор .

Когда потенциал обратного смещения на диоде p-n-перехода увеличивается, возникает обратное напряжение пробоя. Это обратное напряжение пробоя приводит к тому, что ток диода регулируется внешней схемой. Если мы увеличим обратное смещение дальше, диод с PN-переходом станет короткозамкнутым из-за перегрева цепи, и максимальный ток цепи будет протекать в диоде с PN-переходом.

PN переходной диод VI Характеристики

PN переходной диод показывает нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. т.е. это не идеальный диод. Перед использованием этого диода необходимо немного узнать о его характеристиках и свойствах при прямом смещении и обратном смещении.

Чтобы узнать о его характеристиках, мы построим график между напряжением и током по оси x и оси y, который показывает поведение диода с PN-переходом при прямом смещении и обратном смещении.Ось X представляет напряжение, а ось Y представляет ток в миллиамперах (мА).

(i) PN переходной диод вперед Характеристики смещения:

Как показано на рисунке ниже, VI характеристики переходного диода не являются линейными (прямая линия), они линейно возрастают до точки, а затем возрастают экспоненциально. Эта нелинейная характеристика указывает на то, что сопротивление не является постоянным во время работы PN перехода.

Когда к диоду приложено прямое смещение; изначально; небольшой ток начинает течь до точки Knee Voltage .Этот начальный ток также известен как бесконечный ток и считается незначительным. Это происходит из-за низкого импеданса переходного диода. Этот ток начинает течь выше точки перегиба с небольшим внешним потенциалом.

Если мы увеличим ток дальше, это может повредить диод. Чтобы преодолеть это, мы используем нагрузочный резистор, который контролирует ток и предохраняет устройство от повреждения.

(ii) Характеристики смещения PN-перехода диода в обратном направлении:

В этом типе смещения ток низкий до тех пор, пока не произойдет пробой, и, следовательно, диод похож на разомкнутую цепь.Характеристическая кривая этого диода показана в четвертом квадранте приведенного выше рисунка. Когда входное напряжение обратного смещения достигает напряжения пробоя, обратный ток сильно возрастает. В обратном направлении идеальный диод не пропускает ток.

Pn-переходный диод Уравнение:

Уравнение PN-переходного диода для идеального диода приведено ниже:

I = I _S [exp (эВ / K _B T) — 1]

Здесь

I _S = ток обратного насыщения

e = заряд электрона

K _B = постоянная Больцмана

T = температура

Для нормального диода с PN-переходом уравнение принимает вид

I = I _S [exp (эВ / K _B T) — 1]

Здесь ɳ = коэффициент излучения, который представляет собой число от 1 до 2, которое обычно увеличивается с увеличением тока.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья. Для предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Вольт-амперные характеристики диода p-n-перехода

ВАХ или вольт-амперные характеристики п-п переходной диод показан на рисунке ниже. В горизонтальная линия на рисунке ниже представляет величину напряжения применяется через диод p-n-перехода, тогда как вертикальная линия представляет количество текущих потоков в p-n переходный диод.

Форвард V-I характеристики диод p-n переход

Если положительный полюс батареи подключен к р-типу полупроводник и отрицательный вывод аккумулятор подключен к n-типу полупроводник, говорят, что диод находится в прямом предвзятость. Вперед смещенный диод p-n-перехода, В _F представляет прямое напряжение, тогда как I _F представляет прямой ток.

• Нападающий ВАХ кремниевого диода

Если внешнее напряжение, подаваемое на кремниевый диод, меньше чем 0,7 вольт, кремниевый диод допускает только небольшую электрический ток. Однако этот небольшой электрический ток считается незначительным.

Когда внешнее напряжение, приложенное к кремниевому диоду, достигает 0,7 В, диод p-n-перехода начинает допускать большие электрический ток через него. На данный момент небольшое увеличение в напряжении быстро увеличивает электрический ток. В прямое напряжение, при котором кремниевый диод начинает позволять большой электрический ток называется напряжением включения.Врезка напряжение для кремниевого диода составляет примерно 0,7 вольт.

• Нападающий ВАХ германиевого диода

  
  

Если внешнее напряжение, приложенное к германиевому диоду, меньше чем 0,3 вольт, германиевый диод допускает только небольшую электрический ток.Однако этот небольшой электрический ток считается незначительным.

Когда внешнее напряжение, приложенное к германиевому диоду, достигает 0,3 вольт, германиевый диод начинает допускать большие электрический ток через него. На данный момент небольшое увеличение в напряжении быстро увеличивает электрический ток. В прямое напряжение, при котором начинает работать германиевый диод, позволяя большой электрический ток называется напряжением включения.Врезка Напряжение для германиевого диода составляет примерно 0,3 вольт.

Реверс Вольт-амперные характеристики p-n-переходного диода

Если отрицательная клемма аккумулятора подключена к Полупроводник p-типа и положительный вывод батарея подключена к полупроводнику n-типа, диод считается обратным смещением.В задний ход смещенный диод p-n-перехода, В _R представляет обратное напряжение, тогда как I _R представляет собой обратный ток.

Если внешнее обратное напряжение, приложенное к p-n переходу диод увеличен, свободный электроны из полупроводника n-типа и дырки из Полупроводники p-типа удалены от p-n перехода.Это увеличивает ширину истощения область.

широкая обедненная область диода на p-n переходе с обратным смещением полностью блокирует ток большинства носителей заряда. Однако он допускает ток неосновных носителей заряда. В свободные электроны (неосновные носители) в p-типе полупроводник и дырки (неосновные носители) в Полупроводники n-типа переносят электрический ток.В электрический ток, который переносится неосновным зарядом носителей в диоде с p-n переходом, называется обратным Текущий.

В Полупроводники n-типа и p-типа, очень небольшое количество неосновные носители заряда присутствуют. Следовательно, небольшое напряжение нанесенный на диод выталкивает все неосновные носители к перекрестку.Таким образом, дальнейшее увеличение внешнего напряжение не увеличивает электрический ток. Этот электрический ток называется током обратного насыщения. В другими словами, напряжение или точка, в которой электрическое ток достигает максимального уровня и дальнейшее увеличение напряжение не увеличивает электрический ток называется обратный ток насыщения.

Обратный ток насыщения зависит от температура.Если температура увеличивается, образование неосновных носителей заряда. Следовательно, обратное ток увеличивается с повышением температуры. Тем не мение, ток обратного насыщения не зависит от внешнее обратное напряжение. Следовательно, обратное насыщение ток остается постоянным с увеличением напряжения. Однако, если напряжение, приложенное к диоду, увеличивается непрерывно диод p-n перехода переходит в состояние где происходит пробой перехода и обратный ток быстро увеличивается.

В германиевые диоды, небольшое повышение температуры приводит к большое количество неосновных носителей заряда. Количество неосновные носители заряда, генерируемые в германиевых диодах больше, чем у кремниевых диодов. Следовательно, обратное ток насыщения в германиевых диодах больше кремниевые диоды.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет Излучающий диод
5. Лазер диод
6. Туннель диод
7. Шоттки диод
8. Варактор диод
9. P-N переходной диод

.