Принцип действия полупроводниковых диодов: Принцип работы полупроводникового диода

Содержание

Принцип работы полупроводникового диода

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.

Диод — самый простейший по устройству в славном семействе полупроводниковых приборов. Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. В середине кристалла получится, так называемый P-N переход, как показано на рисунке 1.

На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательный электрод) очень похож на знак «-». Так проще запомнить.

Всего в таком кристалле две зоны с различной проводимостью, от которых выходят два вывода, поэтому полученный прибор получил название 

диод, поскольку приставка «ди» означает два.

В данном случае диод получился полупроводниковый, но подобные устройства были известны и раньше: например в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называвшийся кенотрон. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым! 

Рисунок 1. Строение диода и обозначение диода на схеме

На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N junction), который является основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличии от диода, у которого этот переход лишь один, транзисторы имеют два P-N перехода, а, например, тиристоры состоят сразу из четырех переходов.

P-N переход в состоянии покоя

Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, все равно внутри него происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Диод в состоянии покоя

В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.

В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, подобно тому, как запах духов распространяется на всю комнату (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.

Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет, — лампочка светится, плитка греется, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода проводить ток в одном направлении. Именно это свойство и обеспечивается P-N переходом.

Далее рассмотрим, как ведет себя диод в двух возможных случаях подключения источника тока.

Включение диода в обратном направлении

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то ток через P-N переход не пройдет.

Рисунок 3. Обратное включение диода

Как видно на рисунке, к области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P – отрицательный. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечем, нет носителей заряда.

При увеличении напряжения источника питания электроны и дырки все сильней притягиваются электрическим полем батарейки, в области же P-N перехода носителей заряда остается все меньше. Поэтому в обратном включении ток через диод не идет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод заперт обратным напряжением.

Увеличение плотности вещества около полюсов батареи приводит к возникновению диффузии, — стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что и происходит при отключении элемента питания.

Обратный ток полупроводникового диода

Вот здесь как раз и настало время вспомнить о неосновных носителях, которые были условно забыты. Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями, которые могут двигаться точно так же, как основные, только в обратном направлении. Естественно, что такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.

С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода. Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов, — диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Чтобы не допускать перегрева мощные диоды и транзисторы устанавливаются на теплоотводы – 

радиаторы.

Включение диода в прямом направлении

Показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Прямое включение диода

Теперь изменим полярность включения источника: минус подключим к области N (катоду), а плюс к области P (аноду). При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону P-N перехода. В области P произойдет отталкивание положительно заряженных дырок от плюсового вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.

Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки, через диод пошел ток Id.

Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя. Следует, однако, заметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движению электронов.

Можно также сказать, что при прямом направлении включения электрическое сопротивление диода сравнительно небольшое. При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не идет (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя подобно обычному механическому вентилю: повернул в одну сторону — вода течет, повернул в другую — поток прекратился. За это свойство диод получил название полупроводникового вентиля.

Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует познакомиться с его 

вольт – амперной характеристикой. Также неплохо узнать о различных конструкциях диодов и частотных свойствах, о достоинствах и недостатках.

Ранее ЭлектроВести писали, что два больших проекта систем накопления энергии (СНЭ) на юге Техаса в США общей номинальной мощностью 200 МВт будут реализованы на основе технологий Wärtsilä. Накопители будут соединены непосредственно с системой передачи электроэнергии как самостоятельные участники рынка. Компания Wärtsilä также подписала сервисное соглашение с гарантированными на 10 лет эксплуатационными показателями.

По материалам: electrik.info.

Устройство и принцип работы полупроводниковых диодов | Electrotechnical Laboratory

Всем привет мои дорогие друзья, подписчики и коллеги.

Сегодня я хочу рассказать про то как устроены и работают полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод, это электронный прибор, который способен пропускать электрический ток, только в одном направлении. Такие приборы как правило применяются в выпрямительных устройствах, а также в электрических и электронных схемах, где нужно конкретное направление тока.

Схема однофазного мостового выпрямителя

Схема однофазного мостового выпрямителя

Основным элементом диода, являются полупроводники, как правило это кремний или германий. Но сами полупроводники обладают высокими сопротивлениями и низкой проводимостью, из-за того, что эти элименты являются четырехвалентными, и каждый его электрон на внешней орбите атома имеет связь с другим электроном другого атома. Для того, чтобы полупроводники могли проводить электрический ток, в них добавляют примеси, в виде доноров и акцепторов.

Кристаллическое строение атома кремния

Кристаллическое строение атома кремния

Диод имеет две зоны проводимости это р — зона и n — зона. В зону p — типа добавляют акцепторы, в виде трехвалентных химических элементов, которые образуют дырки, а в зону n — типа — доноры — пятивалентные химические элементы, которые образуют свободные электроны.

Пример примесей доноров и акцепторов

Пример примесей доноров и акцепторов

Две эти зоны соединены на кристаллическом уровне. Сам диод имеет два вывода, анод и катод.

При подачи на диод прямое напряжение, (к аноду — плюс, к катоду — минус) свободные электроны начнут переходить из области — n, в область — p, а дырки начнут перемещаться из области — p в область — n. При этом его сопротивление уменьшится и диод будет проводить электрический ток.

При подачи на диод обратного напряжения, (к аноду — минус, к катоду — плюс) свободные электроны сместиться к выводу катода, а дырки к выводу анода, в зоне p-n перехода образуется запирающий слой, который увеличит сопротивление диода, который не позволит диоду пропускать электрический ток. А точнее ток будет протекать очень слабый, который называется обратным током.

Вольт-Амперная характеристика полупроводникового диода и прямая — обратная подача напряжения на диод

Вольт-Амперная характеристика полупроводникового диода и прямая — обратная подача напряжения на диод

Если вам понравился это материал, то поставьте ему лайк, а также не забудьте подписаться на наш канал и нажать на колокольчик, чтобы не пропускать новые выпуски. Всем пока.

типы, классификация, принцип действия, характеристики, устройство и использование

Полупроводниковые диоды широко применяются в электронике и электронной промышленности. Они используются как самостоятельно, так и в качестве p-n-перехода транзисторов и многих других устройств. Как дискретный компонент диоды являются ключевой частью многих электронных схем. Они находят множество применений, начиная от маломощных приложений до выпрямителей тока.

Что такое диод?

В переводе с греческого название данного электронного элемента буквально обозначает «два вывода». Они называются анодом и катодом. В цепи ток проходит от анода к катоду. Полупроводниковый диод является односторонним элементом, и движение тока в противоположном направлении блокируется.

Принцип действия

Устройство полупроводниковых диодов очень разное. Это является причиной того, что существует много их типов, которые различаются как по номиналу, так и по исполняемым ими функциям. Тем не менее в большинстве случаев основной принцип работы полупроводниковых диодов одинаков. Они содержат р-n-переход, который и обеспечивает их базовую функциональность.

Этот термин обычно используется по отношению к стандартной форме диода. В действительности же он применим практически к любому их типу. Диоды составляют основу современной электронной промышленности. Все – от простых элементов и транзисторов до современных микропроцессоров – базируется на полупроводниках. Принцип действия полупроводникового диода основан на свойствах полупроводников. Технология опирается на группу материалов, внесение примесей в кристаллическую решетку которых позволяет получить участки, в которых носителями заряда являются дырки и электроны.

Р-n-переход

Диод р-n-типа получил свое название потому, что в нем используется р-n-переход, который позволяет току течь только в одном направлении. Элемент обладает и другими свойствами, которые также находят широкое применение. Полупроводниковые диоды, например, способны излучать и регистрировать свет, изменять емкость и регулировать напряжение.

P-n-переход является базовой полупроводниковой структурой. Как следует из названия, он представляет собой соединение между областями p- и n-типа. Переход позволяет носителям заряда двигаться только в одном направлении, что, например, дает возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.

Стандартные диоды обычно производятся из кремния, хотя также используется германий и другие полупроводниковые материалы, в основном для специальных целей.

Вольт-амперная характеристика

Диод характеризуется вольт-амперной кривой, которую можно разделить на 2 ветви: прямую и обратную. В обратном направлении ток утечки близок к 0, но с ростом напряжения он медленно увеличивается и при достижении напряжения пробоя начинает резко возрастать. В прямом направлении ток быстро нарастает с увеличением приложенного напряжения выше порога проводимости, который составляет 0,7 В для диодов из кремния и 0,4 В из германия. Элементы, в которых используются другие материалы, имеют другие вольт-амперные характеристики и напряжения порога проводимости и пробоя.

Диод c р-n-переходом можно рассматривать как устройство базового уровня. Он широко используется во многих приложениях – от сигнальных цепей и детекторов до ограничителей или подавителей переходных процессов в индукционных или релейных катушках и выпрямителей высокой мощности.

Характеристики и параметры

Спецификации диодов предоставляют большой объем данных. При этом точные пояснения того, что они собой представляют, не всегда доступны. Ниже приведены подробные сведения о различных характеристиках и параметрах диода, которые приводятся в спецификациях.

Материал полупроводника

Материал, используемый в р-n-переходах, имеет первостепенное значение, поскольку он влияет на многие основные характеристики полупроводниковых диодов. Наиболее широко применяется кремний, поскольку он отличается высокой эффективностью и низкими производственными издержками. Еще одним часто используемым элементом является германий. Другие материалы, как правило, применяются в диодах специального назначения. Выбор полупроводникового материала важен, поскольку от него зависит порог проводимости – около 0,6 В для кремния и 0,3 В для германия.

Падение напряжения в режиме прямого тока (U пр.)

Любая электрическая цепь, через которую проходит ток, вызывает падение напряжения, и этот параметр полупроводникового диода имеет большое значение, особенно для выпрямления, когда потери мощности пропорциональны U пр. Кроме того, электронные элементы часто должны обеспечивать небольшое падение напряжения, поскольку сигналы могут быть слабыми, но им все же необходимо преодолеть его.

Это происходит по двум причинам. Первая заключается в самой природе р-n-перехода и является результатом напряжения порога проводимости, которое позволяет току преодолеть обедненный слой. Вторая составляющая – нормальные резистивные потери.

Показатель имеет большое значение для выпрямительных диодов, по которым могут проходить большие токи.

Пиковое обратное напряжение (U обр. max)

Это наибольшее обратное напряжение, которое полупроводниковый диод может выдержать. Его нельзя превышать, иначе элемент может выйти из строя. Это не просто среднеквадратичное напряжение входящего сигнала. Каждая цепь должна рассматриваться по существу, но для простого выпрямителя с одной полуволной со сглаживающим конденсатором следует помнить, что конденсатор будет удерживать напряжение, равное пику входного сигнала. Затем диод будет подвергаться действию пика входящего сигнала в обратном направлении, и поэтому в этих условиях будет иметь место максимальное обратное напряжение, равное пиковому значению волны.

Максимальный прямой ток (U пр. max)

При проектировании электрической цепи необходимо удостовериться в том, что не превышаются максимальные уровни тока диода. По мере увеличения силы тока выделяется дополнительное тепло, которое необходимо отводить.

Ток утечки (I обр.)

В идеальном диоде обратного тока не должно быть. Но в реальных р-n-переходах он есть из-за присутствия в полупроводнике неосновных носителей заряда. Сила тока утечки зависит от трех факторов. Очевидно, что наиболее значимым из них является обратное напряжение. Также ток утечки зависит от температуры – с ее ростом он значительно повышается. Кроме того, он сильно зависит от типа полупроводникового материала. В этом отношении кремний намного лучше германия.

Ток утечки определяется при определенном обратном напряжении и конкретной температуре. Обычно он указывается в микроамперах (μA) или пикоамперах (pA).

Емкость перехода

Все полупроводниковые диоды обладают емкостью перехода. Обедненная зона представляет собой диэлектрический барьер между двумя пластинами, которые формируются на краю обедненного участка и области с основными носителями заряда. Фактическое значение емкости зависит от обратного напряжения, которое приводит к изменению переходной зоны. Его увеличение расширяет обедненную зону и, следовательно, уменьшает емкость. Этот факт используется в варакторах или варикапах, но для других применений, особенно радиочастотных, этот эффект необходимо свести к минимуму. Параметр обычно указывается в pF при заданном напряжении. Для многих радиочастотных применений доступны специальные низкоомные диоды.

Тип корпуса

В зависимости от назначения полупроводниковые диоды производятся в корпусах разного типа и формы. В некоторых случаях, особенно при использовании в схемах обработки сигналов, корпус является ключевым элементом в определении общих характеристик этого электронного элемента. В силовых цепях, в которых важно рассеивание тепла, корпус может определять многие общие параметры диода. Устройствам большой мощности необходимо иметь возможность крепления к радиатору. Небольшие элементы могут производиться в свинцовых корпусах или в качестве устройств для поверхностного монтажа.

Типы диодов

Иногда бывает полезно ознакомиться с классификацией полупроводниковых диодов. При этом некоторые элементы могут относиться к нескольким категориям.

Обращенный диод. Хотя он и не так широко используется, представляет собой разновидность элемента р-n-типа, который по своему действию очень похож на туннельный. Отличается низким падением напряжения в открытом состоянии. Находит применение в детекторах, выпрямителях и высокочастотных переключателях.

Инжекционно-пролетный диод. Имеет много общего с более распространенным лавинно-пролетным. Используется в СВЧ-генераторах и системах сигнализации.

Диод Ганна. Не относится к р-n-типу, но представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами. Он обычно используется для генерации и преобразования сигналов СВЧ в диапазоне 1-100 ГГц.

Светоизлучающий или светодиод – один из наиболее популярных типов электронных элементов. При прямом смещении ток, протекающий через переход, вызывает излучение света. В них используются составные полупроводники (например, арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия), и они могут светиться разными цветами, хотя первоначально ограничивались только красным. Существует множество новых разработок, которые меняют способ функционирования и производства дисплеев, примером которых являются OLED-светодиоды.

Фотодиод. Используется для обнаружения света. Когда фотон попадает на p-n-переход, он может создавать электроны и дырки. Фотодиоды обычно работают в условиях обратного смещения, при которых можно легко обнаружить даже небольшой ток, возникающий в результате действия света. Фотодиоды можно использовать для генерации электроэнергии. Иногда в качестве фотоприемников применяются элементы pin-типа.

Pin-диод. Название электронного элемента хорошо описывает устройство полупроводникового диода. У него стандартные области р- и n-типа, но между ними существует внутренняя область без примесей. Она оказывает эффект увеличения площади области истощения, которая может быть полезна для переключения, а также в фотодиодах и т. д.

Стандартный р-n-переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диода, который используется сегодня. Они могут применяться в радиочастотных или других низковольтных устройствах, а также в высоковольтных и высокомощных выпрямителях.

Диоды Шоттки. Имеют более низкое прямое падение напряжения, чем стандартные кремниевые полупроводники р-n-типа. При малых токах оно может составлять от 0,15 до 0,4 B, a не 0,6 В, как у кремниевых диодов. Для этого они изготавливаются не как обычно – в них используется контакт металл-полупроводник. Они широко применяются в качестве ограничителей, выпрямителей и в радиоаппаратуре.

Диод с накоплением заряда. Представляет собой разновидность СВЧ-диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Его работа основана на очень быстрой характеристике отключения.

Лазерный диод. Отличается от обычного светоизлучающего, поскольку производит когерентный свет. Лазерные диоды применяются во многих устройствах – от DVD и CD-приводов до лазерных указок. Они намного дешевле других форм лазеров, но значительно дороже светодиодов. Отличаются ограниченным сроком эксплуатации.

Туннельный диод. Хотя сегодня он широко не используется, ранее применялся в усилителях, генераторах и переключающих устройствах, схемах синхронизации осциллографов, когда он был эффективнее других элементов.

Варактор или варикап. Используется во многих радиочастотных устройствах. У данного диода обратное смещение меняет ширину слоя истощения в зависимости от приложенного напряжения. В этой конфигурации он действует как конденсатор с областью истощения, выполняющей роль изолирующего диэлектрика, и пластинами, образованными проводящими областями. Применяется в генераторах, управляемых напряжением, и радиочастотных фильтрах.

Стабилитрон. Является очень полезным типом диода, поскольку обеспечивает стабильное опорное напряжение. Благодаря этому стабилитрон используется в огромных количествах. Работает в условиях обратного смещения и пробивается при достижении определенной разницы потенциалов. Если ток ограничен резистором, то это обеспечивает стабильное напряжение. Широко используется для стабилизации источников питания. В стабилитронах имеют место 2 вида обратного пробоя: разложение Зинера и ударная ионизация.

Таким образом, различные типы полупроводниковых диодов включают элементы для маломощных и высокомощных применений, излучающие и обнаруживающие свет, с низким прямым падением напряжения и переменной емкостью. В дополнение к этому существует ряд разновидностей, которые используются в СВЧ-технике.

Полупроводниковый диод

Определение «Полупроводниковый диод» в Большой Советской Энциклопедии


Полупроводниковый диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие «
Полупроводниковый диод
» объединяет различные приборы с разными принципами действия, имеющие разнообразное назначение. Система классификации Полупроводниковый диод соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее распространённом классе электропреобразовательных Полупроводниковый диод различают: выпрямительные диоды, импульсные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (в т. ч. видеодетекторы, смесительные, параметрические, усилительные и генераторные, умножительные, переключательные). Среди оптоэлектронных Полупроводниковый диод выделяют фотодиоды, светоизлучающие диоды и ПП квантовые генераторы.
Наиболее многочисленны Полупроводниковый диод, действие которых основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода (р—n-перехода). Если к р—n-переходу диода (рис. 1) приложить напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение), т. е. подать на его р-область положительный потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переходу, понижается и начинается интенсивная инжекция дырок из р-области в n-область и электронов из n-области в р-область — течёт большой прямой ток (рис. 2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное смещение), то потенциальный барьер повышается и через
р—n-
переход протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток). На рис. 3 приведена эквивалентная схема такого Полупроводниковый диод
На резкой несимметричности вольтамперной характеристики (ВАХ) основана работа выпрямительных (силовых) диодов. Для выпрямительных устройств и др. сильноточных электрических цепей выпускаются выпрямительные Полупроводниковый диод, имеющие допустимый выпрямленный ток Iв до 300 а и максимальное допустимое обратное напряжение U*обр от 20—30 в до 1—2 кв. Полупроводниковый диод аналогичного применения для слаботочных цепей имеют Iв< 0,1 а и называются универсальными. При напряжениях, превышающих U*o6p, ток резко возрастает, и возникает необратимый (тепловой) пробой р—n-перехода, приводящий к выходу Полупроводниковый диод из строя. С целью повышения U*обр до нескольких десятков кв используют выпрямительные столбы, в которых несколько одинаковых выпрямительных Полупроводниковый диод соединены последовательно и смонтированы в общем пластмассовом корпусе. Инерционность выпрямительных диодов, обусловленная тем, что время жизни инжектированных дырок (см. Полупроводники) составляет > 10-5—10-4сек, ограничивает частотный предел их применения (обычно областью частот 50—2000 гц).

  Использование специальных технологических приёмов (главным образом легирование германия и кремния золотом) позволило снизить время переключения до 10-710-10 сек и создать быстродействующие импульсные Полупроводниковый диод, используемые, наряду с диодными матрицами, главным образом в слаботочных сигнальных цепях ЭВМ.

При невысоких пробивных напряжениях обычно развивается не тепловой, а обратимый лавинный пробой р—n-перехода — резкое нарастание тока при почти неизменном напряжении, называется напряжением стабилизации U. На использовании такого пробоя основана работа полупроводниковых стабилитронов. Стабилитроны общего назначения с Ucт от 3—5 в до 100—150 в применяют главным образом в стабилизаторах и ограничителях постоянного и импульсного напряжения; прецизионные стабилитроны, у которых встраиванием компенсирующих элементов достигается исключительно высокая температурная стабильность U (до 1×10-5— 5×10-6 К-1), — в качестве источников эталонного и опорного напряжений.

В предпробойной области обратный ток диода подвержен очень значительным флуктуациям; это свойство р—n-перехода используют для создания генераторов шума. Инерционность развития лавинного пробоя в р—n-переходе (характеризующаяся временем 10-9—10-10сек) обусловливает сдвиг фаз между током и напряжением в диоде, вызывая (при соответствующей схеме включения его в электрическую цепь) генерирование СВЧ колебаний. Это свойство успешно используют в лавинно-пролётных полупроводниковых диодах, позволяющих осуществлять генераторы с частотами до 150 Ггц.

  Для детектирования и преобразования электрических сигналов в области СВЧ используют смесительные Полупроводниковый диод и видеодетекторы, в большинстве которых р—n-переход образуется под точечным контактом. Это обеспечивает малое значение ёмкости Св (рис. 3), а специфическое, как и у всех СВЧ диодов, конструктивное оформление обеспечивает малые значения паразитных индуктивности Lk и ёмкости Ск и возможность монтажа диода в волноводных системах.

При подаче на р—n-переход обратного смещения, не превышающего U*обр, он ведёт себя как высокодобротный конденсатор, у которого ёмкость Св зависит от величины приложенного напряжения. Это свойство используют в варикапах, применяемых преимущественно для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров, в параметрических полупроводниковых диодах, служащих для усиления СВЧ колебаний, в варакторах и умножительных диодах, служащих для умножения частоты колебаний в диапазоне СВЧ. В этих Полупроводниковый диод стремятся уменьшить величину сопротивления rб (основной источник активных потерь энергии) и усилить зависимость ёмкости Свот напряжения Uo6p.

  У р—n-перехода на основе очень низкоомного (вырожденного) полупроводника область, обеднённая носителями заряда, оказывается очень тонкой (~ 10-2 мкм), и для неё становится существенным туннельный механизм перехода электронов и дырок через потенциальный барьер (см. Туннельный эффект). На этом свойстве основана работа туннельного диода, применяемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах (например, мультивибраторах, триггерах), в усилителях и генераторах колебаний СВЧ, а также обращенного диода, применяемого в качестве детектора слабых сигналов и смесителя СВЧ колебаний. Их ВАХ (рис. 4) существенно отличаются от ВАХ других Полупроводниковый диод как наличием участка с «отрицательной проводимостью», ярко выраженной у туннельного диода, так и высокой проводимостью при нулевом напряжении.

К Полупроводниковый диод относят также ПП приборы с двумя выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р—n—р—n-структуру и называют динисторами (см. Тиристор), а также приборы, использующие объёмный эффект доменной неустойчивости в ПП структурах без р—n-перехода — Ганна диоды. В Полупроводниковый диод используют и др. разновидности ПП структур: контакт металл — полупроводник (см. Шотки эффект, Шотки диод) и р—i—n-структуру, характеристики которых во многом сходны с характеристиками р—n-перехода. Свойство р—i—n-структуры изменять свои электрические характеристики под действием излучения используют, в частности, в фотодиодах и детекторах ядерных излучений, устроенных т. о., что фотоны или ядерные частицы могут поглощаться в активной области кристалла, непосредственно примыкающей к р—n-переходу, и изменять величину обратного тока последнего. Эффект излучательной рекомбинации электронов и дырок, проявляющийся в свечении некоторых р—n-переходов при протекании через них прямого тока, используется в светоизлучающих диодах. К Полупроводниковый диод могут быть отнесены также и полупроводниковые лазеры.

  Большинство Полупроводниковый диод изготавливают, используя планарно-эпитаксиальную технологию (см. Планарная технология), которая позволяет одновременно получать до нескольких тысяч Полупроводниковый диод В качестве полупроводниковых материалов для Полупроводниковый диод применяют главным образом Si, а также Ge, GaAs, GaP и др., в качестве контактных материалов — Au, Al, Sn, Ni, Cu. Для защиты кристалла Полупроводниковый диод его обычно помещают в металло-стеклянный, металло-керамический, стеклянный или пластмассовый корпус (рис. 5).

В СССР для обозначения Полупроводниковый диод применяют шестизначный шифр, первая буква которого характеризует используемый полупроводник, вторая — класс диода, цифры определяют порядковый номер типа, а последняя буква — его группу (например, ГД402А — германиевый универсальный диод; КС196Б — кремниевый стабилитрон).

От своих электровакуумных аналогов, например кенотрона, газоразрядного стабилитрона, индикатора газоразрядного, Полупроводниковый диод отличаются значительно большими надёжностью и долговечностью, меньшими габаритами, лучшими техническими характеристиками, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве областей применения.

С развитием ПП электроники совершился переход к производству наряду с дискретными Полупроводниковый диод диодных структур в ПП монолитных интегральных схемах и функциональных устройствах, где Полупроводниковый диод неотделим от всей конструкции устройства.
Об исторических сведениях см. в ст. Полупроводниковая электроника.
 

  Лит.: Полупроводниковые диоды. Параметры. Методы измерений, М., 1968; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, М., 1970; Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые приборы, М., 1973; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973.
  Ю. Р. Носов.

U — напряжение на диоде; I — ток через диод.» href=»/a_pictures/18/10/204941466.jpg»>U — напряжение на диоде; I — ток через диод.»http://uranium.atomistry.com/»>U — напряжение на диоде; I — ток через диод.» src=»a_pictures/18/10/th_204941466.jpg»>
Рис. 4. Вольтамперные характеристики туннельного (1) и обращенного (2) диодов: U — напряжение на диоде; I — ток через диод.
U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*oбр и I*oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт — напряжение стабилизации.» href=»/a_pictures/18/10/209762612.jpg»>U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*oбр и I*oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт — напряжение стабилизации.»http://uranium.atomistry.com/»>U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*oбр и I*oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт — напряжение стабилизации.» src=»a_pictures/18/10/th_209762612.jpg»>
Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р — n-переходом: U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*oбр и I*oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт — напряжение стабилизации.



Статья про «Полупроводниковый диод» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 294 раз

Как устроены и работают полупроводниковые диоды

Диод – простейший полупроводниковый прибор. Диод представляет собой пластинку полупроводника (германий), в левой половине которого имеется акцепторная примесь, а в правой – донорная. При этом левая часть называется полупроводником типа Р, правая – типа N. Свойства полупроводникового диода, как и любого другого полупроводника, определяются границей между левой и правой частями полупроводника, т.н. Р-N переходом (рисунок 1). В отличии от тиристоров и транзисторов, диод имеет один Р-N переход. Главной отличительной особенностью диода является односторонняя проводимость электрического тока.

Рисунок 1 – Строение диода и его обозначение на электрической схеме.

Конструктивно диод представляет собой двухвыводной полупроводниковый элемент. Выводы диода обозначаются как анод и катод.

Рассмотрим физические процессы, происходящие на границе Р-N перехода в различных состояниях диода.

1. Диод в состоянии покоя (выводы диода некуда не подключены). В этом состоянии области полупроводника N и Р характеризуются наличием отрицательного и положительного заряда соответственно. Взаимодействие этих зарядов создает электрическое поле (рисунок 2).

Рисунок 2.

Как известно, разноименные заряды обладают свойством притягиваться, поэтому электроны (отрицательные носители заряда из зоны N) проникают в положительно заряженную зону Р, заполняя при этом некоторые дырки. Движение электронов – есть не что иное, как электрический ток. Величина этого тока незначительна. Однако, заряженные частицы стремятся равномерно распространиться по всему объему (проводнику), поэтому часть электронов возвращается назад в зону N.

2. Включение полупроводникового диода в обратном направлении (рисунок 3).

Рисунок 3.

При обратном включении диода (область N подключена к «+» источника питания, область Р – к «-» источника питания) ток через Р-N переход не пройдет. Это обусловлено тем, что электроны устремятся к положительному полюсу источника питания, положительные заряды (дырки) – к отрицательному полюсу источника питания. На границе Р-N перехода образуется «вакуум», в котором отсутствуют какие-либо носители заряда. Увеличение обратного напряжения источника питания приведет к еще большему увеличению зоны в области Р-N перехода без носителей заряда.

Помимо понятия «обратного напряжения» существует понятие и «обратного тока». Обратный ток – ток, протекающий через границу Р-N перехода, вызванный перемещением неосновных носителей заряда, которые двигаются, как и основные, но в обратном направлении. Величина обратного тока мала, т.к. число носителей невелико. Однако повышение температуры полупроводникового диода приводит к увеличению сила неосновных носителей заряда и увеличению обратного тока, который может привести к разрушению Р-N перехода. Для снижения температуры полупроводников применяют пассивные (радиаторы) и активные (вентиляторы) теплоотводы.

3. Включение полупроводникового диода в прямом направлении (рисунок 4).

Рисунок 4.

Прямое включение диода вызовет смещение электронов и дырок от отрицательного и положительного выводов источника к питания соответственно в сторону Р-N перехода. В результате этого смещения в области Р-N перехода образуется электрическое поле, способствующее перемещению электронов в область Р и их устремление к положительному выводу источника питания. Таким образом, через диод протекает прямой ток.

Принцип действия диода подобен механическому вентилю, поэтому диоды еще называют полупроводниковыми вентилями.



Всего комментариев: 0


1. Общие сведения и принцип работы полупроводникового диода

  Если вкратце, полупроводниковый диод — устройство, пропускающее ток в одном направлении. Это определение достаточно поверхностное, однако на первых порах этого будет достаточно. Как и у всех электронных компонентов, у диода есть свое графическое изображение, которое показано ниже:

  Диод имеет два вывода: анод (А) и катод (К). Он будет пропускать ток, если напряжение на аноде выше, чем на катоде на определенную величину. Назовем эту величину «потенциалом отпирания». Давайте рассмотрим вольт-амперную характеристику диода:

  Для удобства будем рассматривать только правую часть графика, из которой видно, что при достижении напряжения некой величины,ток через диод начнет лавинообразно нарастать. Это и есть тот самый потенциал отпирания диода. Величина его зависит от многих параметров, таких как степень легирования полупроводника, температуры, материала, и т. д. На практике, для кремния, величина отпирания примерно равна 0,65 Вольт. Давайте рассмотрим, откуда берется этот потенциал.

 В момент соединения двух полупроводников разных типов проводимости, в о дном из которых основными носителями заряда являются электроны (проводимость n-типа), а в другом — дырки (проводимость p-типа), на стыках соединения формируется область пространственного заряда (ОПЗ). Ниже, условно изображен процесс, протекающий при этом:

  Поскольку заряды разноименные (изображены кружками со стрелочками), они стремятся друг к другу, а на их месте остаются ионы, имеющие заряд противоположный заряду, который его занимал, то есть, если электрон устремился в область p-типа, на его месте остался ион с положительным зарядом. Та же самая ситуация касается и  дырок, причем, первыми начнут свое движение частицы, которые находятся ближе к стыку соединения, поскольку там расстояние между противоположными зарядами меньше. Так вот, устремившись друг к другу, эти заряды «оставляют за собой» неподвижные ионы, которые формируют электрическое поле на границе стыка. Чем больше количество электронов и дырок покинут свое место, тем больше будет потенциал поля, сформированного ионами. Электроны и дырки перестанут двигаться друг к другу тогда, когда величина поля сформированного ионами станет достаточной для того, чтобы препятствовать движению противоположных зарядов друг к другу. В этом случае, наступает равновесие. Рассмотрим, что будет происходить при подключении внешнего источника.

Прямое включение диода

  При прямом включении, к аноду подключается положительный потенциал, а к катоду отрицательный потенциал внешнего источника, как показано ниже:
 В этом случае, потенциал отпирания диода компенсируется внешним источником, если величина электрического поля внешнего источника больше.Также, внешний источник устремляет электроны и дырки друг к другу. Через диод практически беспрепятственно начинает протекать ток.

Обратное включение диода

 Обратным включением диода называется такое соединение, при котором положительный потенциал внешнего источника подключен к катоду диода, а отрицательный — к аноду. Рассмотрим, что происходит в таком случае:

  В такой ситуации, электроны и дырки будут устремляться друг от друга, поскольку электроны будут притягиваться к положительному потенциалу, а дырки —  к отрицательному потенциалу внешнего источника. К тому же, величина внутреннего электрического поля диода будет расти, поскольку на тех местах, откуда устремились электроны и дырки к потенциалам внешнего источника, остаются неподвижные ионы, которых стало больше,чем было изначально. По идее, в этом случае электрический ток не должен идти. Однако это не совсем так. Ток в такой цепи течет, но он очень, очень маленький (десятки наноампер на практике). Связано это вот с чем. Выше я упоминал, что при соединении двух полупроводников противоположных типов проводимостей, их свободные заряды устремляются друг к другу. При таком контакте, электрон, попав в полупроводник p-типа остается там, он никуда не исчезает. Тоже самое касается и дырок. Такие заряды называют неосновными. Из-за этих зарядов и протекает ток в обратном включении. Но их очень мало, по сравнению с основными. Соответственно, величина этого тока (обратного) будет намного меньше по сравнению с прямым током.
 Итак, резюмируя: полупроводниковый диод — устройство, величина  тока которого при прямом включении намного больше, чем в обратном.
  На этом пока все). В следующий раз перейдем к  практической части.

Устройство и принцип действия полупроводниковых приборов, стр.3

, (2)

где — коэффициент, зависящий от строения запирающего слоя. При комнатной температуре для однородного тонкого слоя =1.


УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Диод

В основе принципа выпрямления напряжения лежит свойство полупроводникового диода проводить электрический ток только в одном направлении. Схематично полупроводниковый диод может быть представлен в виде двух сваренных между собой пластинок p— и n-типа. В такой пластинке можно выделить три зоны. Две из них расположены по краям, они относительно больших размеров и обладают одна проводимостью p-типа, а вторая — проводимостью n-типа. Третья зона называется pn переходом и представляет собой очень узкую область, разделяющую области с p— и n-типами проводимости (она образуется на стадии изготовления диода в результате диффузии пластинок полупроводника с различными типами проводимости). Внешние поверхности областей с p— и n-типами проводимости покрывают металлическими пластинками, к которым припаивают электроды. Электрод, контактирующий с областью p-типа, называется анодом, а контактирующий с областью n-типа — катодом.

Диод может находиться в одном из двух состояний — открытом или закрытом. Если на электроды подать постоянное напряжение, соединив анод с положительным полюсом источника тока, а катод — с отрицательным, то под действием возникшего электрического поля электроны начнут перемещаться в сторону от катода к аноду (навстречу полю), а дырки — от анода к катоду (по ходу поля). В результате сопротивление pn перехода резко уменьшается и через него начинает течь электрический ток, величина которого прямо пропорциональна приложенному напряжению. В этом случае говорят, что к диоду приложено прямое напряжение и через диод течёт прямой ток, а сам диод находится в открытом состоянии. Если изменить полярность прикладываемого напряжения, то электроны устремятся к катоду (на него теперь подан «+»), а дырки — к аноду (на нём «-«). В результате область pn перехода расширяется, образуя обеднённую зарядами зону, что ведёт к резкому возрастанию электрического сопротивления pn перехода и ток через диод резко уменьшается в сотни раз. Диод переходит в закрытое состояние. В этом случае говорят, что к диоду приложено обратное напряжение и через диод течёт обратный ток.

Наличие обратного тока является недостатком полупроводникового диода. Существование этого тока объясняется тем, что технически невозможно изготовить полупроводники p и nтипов, обладающих только дырочной или только электронной проводимостью. Наличие некоторого количества электронов в полупроводнике pтипа и дырок в полупроводнике nтипа и обеспечивает незначительный ток в обратном направлении (полным отсутствием обратного тока обладают только вакуумные диоды, работающие совершенно по иному принципу и в данной работе не рассматривающиеся).

Способность диода проводить электрический ток характеризуется величиной электрического сопротивления pn перехода, которое называется внутренним сопротивлением диода. Внутренне сопротивление закрытого диода в сотни раз больше, чем открытого, в результате чего и обратный ток диода значительно меньше прямого тока. Зависимость величины протекающего через диод тока от величины и направления приложенного к диоду напряжения называется вольтамперной характеристикой (ВАХ) диода (рис. 2). Поскольку величина обратного тока диода очень мала, то соответствующая ему ветвь ВАХ очень плотно «прижата» к оси напряжений.

Следует отметить, что стремление обеих ветвей ВАХ в бесконечность не означает, что к диоду можно прикладывать сколь угодно высокое прямое напряжение в надежде пропустить через диод очень большой ток. С ростом тока pn переход сильно нагревается и плавится — диод перегорает. При этом цепь размыкается и диод перестаёт проводить ток даже в одном направлении. Нельзя подвергать диод и воздействию чрезмерно высокого обратного напряжения. В этом случае pn переход, не выдерживая слишком сильного электрического поля, будет пробит. При этом свойство односторонней проводимости диодом будет утеряно и он станет проводить ток одинаково хорошо в обоих направлениях. Поэтому любой диод характеризуется прежде всего двумя основными параметрами — максимально допустимым прямым током и максимально допустимым обратным напряжением . Диоды различных марок обладают различными значениями и . Обе эти характеристики диода, наряду со множеством других его характеристик, можно найти в соответствующих справочниках по полупроводниковым приборам. Зависимость прямого тока от напряжения, вообще говоря, не линейна. Однако эта нелинейность заметно проявляется только на начальном участке кривой, где величина прямого тока очень мала и с ростом напряжения изменяется очень медленно. На этом участке ВАХ диод можно считать закрытым. Но при достижении между электродами прямого напряжения определённой величины диод открывается и дальнейшая зависимость тока от напряжения становится практически линейной. Разные диоды обладают различной величиной открывающего напряжения У диодов, изготовленных на основе германия, оно гораздо меньше, чем у кремниевых диодов (рис. 3). Эта способность разных диодов открываться при различных, но вполне определённых для каждого типа диода, напряжениях позволяет использовать полупроводниковые диоды при решении многих технических задач. Так, например, использование диода в качестве датчика температуры или для контроля величины переменного тока желательно использовать германиевый диод. В тех же случаях, когда необходимо избавиться от слабых электрических сигналов, применять следует кремниевый диод. В большинстве же других случаев германиевый и кремниевый диоды вполне взаимозаменяемы.

Стабилитрон

Стабилитрон представляет собой разновидность диода и способен выполнять его функции. Однако обратная ветвь ВАХ стабилитрона значительно отличается от аналогичного участка этой характеристики диода. По мере роста обратного напряжения ток в обратном направлении через стабилитрон сначала изменяется очень медленно (как у диода), а при достижении обратным напряжением определённой величины, резко возрастает. Ситуация очень похожа на пробой обычного диода, но из строя стабилитрон при этом не выходит (если обратный ток не превышает допустимой величины). Напряжение, начиная с которого стабилитрон входит в режим пробоя, называется напряжением стабилизации , а соответствующий ему ток минимальным током стабилизации . Предельно допустимый для данного стабилитрона ток стабилизации называется максимальным током стабилизации . Из рисунке 4 видно, что незначительное изменение напряжения ведёт к довольно существенному изменению обратного тока через стабилитрон. Отношение этих величин называется дифференциальным сопротивлением стабилитрона и является очень важной его характеристикой. Величина дифференциального сопротивления является функцией обратного тока стабилитрона. Чем больше этот ток, тем меньше дифференциальное сопротивление, а значит, согласно закону Ома, тем меньше изменение напряжения на электродах стабилитрона.

Подробнее работу стабилитрона рассмотрим на примере схемы, изображённой на рис. 5. Эта схема представляет собой простейший параметрический стабилизатор напряжения. Состоит он из стабилитрона и балластного сопротивления, выполняющего роль ограничителя обратного тока через стабилитрон (во избежании перегрева). На вход стабилизатора подаётся постоянное напряжение от внешнего источника питания. Нагрузка стабилизатора подключается непосредственно к электродам стабилитрона. В задачу этого устройства входит поддержание такого режима питания нагрузки, чтобы даже при значительном изменении входного напряжения , изменение напряжения на нагрузке не превышало очень малой величины .

Если входное напряжение по какой-либо причине возрастёт на величину , то и обратный через стабилитрон ток возрастёт на некоторую величину . Это вызовет уменьшение дифференциального сопротивления стабилитрона на величину . Уменьшение же сопротивления приведёт к уменьшению напряжения на электродах стабилитрона, а, значит, и на нагрузке. В результате питаемое нагрузку напряжение останется равным .

Принцип работы полупроводникового диода

Принцип работы полупроводникового диода

Мы знаем, что диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, который проводит ток в основном в одном направлении.

Диод имеет низкое сопротивление с одной стороны, где ток может легко проходить, и высокое сопротивление с другой, где ток не может проходить. Диод может действовать как переключатель.

P-N переход — это простейшая форма полупроводникового диода, который ведет себя как идеальное короткое замыкание в состоянии прямого смещения, но размыкается в состоянии обратного смещения.Диод может преобразовывать переменный ток в постоянный, поэтому иногда его также называют выпрямителем.

Принцип работы полупроводникового диода

Из следующего рисунка мы можем сказать, что мы можем создать простой диод с PN переходом, легируя донорную примесь в одной части и акцепторную примесь в другой части кристаллического блока кремния или германия.

Эти легирующие примеси создают PN переход в средней части блока, рядом с которым одна часть становится p-типа, а другая часть становится n-типом.

Мы также можем создать пересечение PN, объединив p-тип (собственный полупроводник, легированный трехвалентным загрязняющим влиянием) и полупроводник n-типа (характерный полупроводник, легированный пятивалентным загрязнением) вместе с исключительной процедурой создания.

Следовательно, это устройство с двумя компонентами: анодом p-типа и рамкой катода n-типа. Эти клеммы выведены наружу для внешнего подключения.

Принцип работы полупроводникового диода

N-типа имеют значительное количество свободных электронов и очень мало дырок. Но в P-типе он имеет высокую концентрацию дырок и очень мало свободных электронов. По этой причине свободный электрон со стороны n будет диффундировать в сторону p и рекомбинировать с присутствующими там дырками, оставляя неподвижные ионы на стороне n и создавая отрицательные неподвижные ионы на стороне p-типа диода.

Таким образом, выявлены положительные дающие частицы, присутствующие на стороне n-типа вблизи края перехода. Соответственно, были обнаружены частицы отрицательного акцептора, присутствующие на стороне p-типа вблизи края перехода.

По этой причине количество положительных и отрицательных ионов будет накапливаться как на стороне n, так и на стороне p. Эта область образуется в обедненной области из-за наличия в ней свободного носителя.

Из-за близости этих положительных и отрицательных ионов статическое электрическое поле, называемое барьерным потенциалом, создается на PN-переходе диода.Он классифицируется как «барьерный потенциал», поскольку действует как препятствие и препятствует дальнейшей миграции зазоров и свободных электронов по переходу.

Работа диода — Energy Education

Рис. 1. p-n-переход диода вместе с его соответствующими схематическими и реальными компонентами. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он включает в себя довольно продвинутую квантовую механику.Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод называется p-n переходом . Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко перемещаемых электронов — обычно это называется отрицательной областью или n-типа .Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые положительной областью или p-типа . [2] [3] Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов.Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа. Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом. Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратносмещенный p-n-переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими «дырки» с недостатком электронов. В таком соединении с обратным смещением электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи «заполняют дыры», создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область обеднения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным и противодействует приложенному напряжению и не компенсирует его, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . [1] [6] При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Работа диода — Energy Education

Рис. 1. p-n-переход диода вместе с его соответствующими схематическими и реальными компонентами. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он включает в себя довольно продвинутую квантовую механику. Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод называется p-n переходом .Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко перемещаемых электронов — обычно это называется отрицательной областью или n-типа . Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые положительной областью или p-типа . [2] [3] Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов. Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа.Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом.Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратно-смещенный p-n-переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими электронно-дефицитные «дырки».«В таком соединении с обратным смещением, как этот, электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи« заполняют дыры », создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область обеднения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным и противодействует приложенному напряжению и не компенсирует его, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . [1] [6] При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Работа диода — Energy Education

Рис. 1. p-n-переход диода вместе с его соответствующими схематическими и реальными компонентами. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он включает в себя довольно продвинутую квантовую механику. Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод называется p-n переходом .Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко перемещаемых электронов — обычно это называется отрицательной областью или n-типа . Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые положительной областью или p-типа . [2] [3] Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов. Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа.Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом.Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратно-смещенный p-n-переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими электронно-дефицитные «дырки».«В таком соединении с обратным смещением, как этот, электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи« заполняют дыры », создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область обеднения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным и противодействует приложенному напряжению и не компенсирует его, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . [1] [6] При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Работа диода — Energy Education

Рис. 1. p-n-переход диода вместе с его соответствующими схематическими и реальными компонентами. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он включает в себя довольно продвинутую квантовую механику. Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод называется p-n переходом .Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко перемещаемых электронов — обычно это называется отрицательной областью или n-типа . Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые положительной областью или p-типа . [2] [3] Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов. Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа.Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом.Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратно-смещенный p-n-переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими электронно-дефицитные «дырки».«В таком соединении с обратным смещением, как этот, электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи« заполняют дыры », создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область обеднения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным и противодействует приложенному напряжению и не компенсирует его, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . [1] [6] При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Принцип работы полупроводникового диода с PN переходом


В этой статье я объясню принцип работы полупроводникового диода с PN переходом.Как вы знаете, диод работает как в прямом, так и в обратном смещении, поэтому мы подробно объясним оба этих состояния с помощью необходимых кривых ВАХ.

Базовая часть — это общее описание полупроводников p- и n-типа, а также найденного pn-перехода. Полупроводниковый диод — это биполярное устройство, состоящее из полупроводникового кристалла p- и n-типа. Поверхность стыка, составляющая pn переход. Между различно легированными полупроводниковыми подложками происходит перенос заряда.Часть электронов из области n-типа мигрирует в полупроводник p-типа. Известно, что положительные носители заряда притягиваются дырками или дефектными электронами.
В области контакта оба полупроводниковых кристалла не являются электрически нейтральными. Полупроводниковая область n-типа, образующая положительный заряд. В соседнем полупроводнике p-типа создается область отрицательного заряда. При обесточивании процесс диффузии естественным образом останавливается. В зоне контакта обоих типов полупроводников находится пограничный слой, а значит, и зона пространственного заряда.Величина диффузионного напряжения полупроводникового материала и сила примеси зависят. В процессе диффузии пограничный слой обедняется свободными носителями заряда. Это высокий импеданс и барьерный слой.

  • Германиевый полупроводник демонстрирует диффузионное напряжение прибл. (От 0,2 до 0,4) составляет 0,3 вольт.

  • Кремниевые полупроводники имеют напряжение диффузии прибл. (От 0,4 до 0,8) 0,7 вольт.
  • Если к этому pn переходу приложено внешнее напряжение, то полярность определяет, может ли ток течь.Находится на отрицательном выводе полупроводника p-типа и положительном выводе на полупроводнике n-типа, тогда барьерный слой расширяется. Измеряемые значения тока остаются в диапазоне мкА. При обратной полярности с положительным полюсом к отрицательному выводу p-зоны и в области n-типа барьерный слой ухудшается. Он низкий и пропускает ток. Значения тока зависят от типа и конструкции диода от нескольких мА до кА. Полупроводниковый диод действует как механический обратный клапан.Течение тока может иметь место только в одном направлении и заблокировано в противоположном направлении.

    Диод в прямом направлении


    Обозначение схемы простого полупроводникового диода — закрытая стрелка на вертикальной линии. Два электрода называются анодом и катодом. Направление стрелки сверху к полосе указывает направление тока проводящего диода. На следующей диаграмме показаны характеристики различных диодов в полосе пропускания.


    Источник изображения:

    Собственное, созданное с помощью программного обеспечения CAD

    Напряжение, которое намного ниже порогового, прохождение тока (от 1 до 100) мкА практически неизмеримо.Барьерный слой не удален, а pn переход имеет высокое сопротивление.

    Вблизи порога напряжение возрастает нелинейно, при этом истощая его ток блокирующего слоя.

    Напряжение выше порогового значения приводит к ухудшению барьерного слоя и очень низкому сопротивлению полупроводника. Прямой ток очень быстро увеличивается. Оно не может превышать максимального значения и должно ограничиваться последовательным резистором.
    Возникающие в результате потери тепла при проведении в полупроводнике улучшают его проводимость.Каждые 10 градусов повышения температуры удваиваются за счет спаривания германиевых диодов в количестве свободных носителей заряда в кристалле, а в кремниевых диодах даже утраиваются. Без ограничения по току компонент в конечном итоге разрушается.

    Необходимость пробоя барьерного напряжения называется пороговым или пороговым напряжением. Это соответствует напряжению диффузии находящегося под напряжением pn перехода. Выше порогового значения напряжение полупроводникового диода низкое и проводящее. Тогда диод работает в прямом направлении или в полосе пропускания.

    Полупроводниковые диоды не имеют постоянного значения сопротивления. Он выбранная рабочая точка. Площадь крутой кривой выше порогового напряжения, постоянное значение сопротивления постоянному току может быть рассчитано с хорошим приближением в соответствии с законом Ома. Величина резистора рассчитывается как отношение напряжения и тока в рабочей точке.

    Для более точных расчетов или использования диода в конкретных цепях дифференциального сопротивления, также называемого сопротивлением переменного тока, использовать.Его можно определить графически, применив характеристику касательной к рабочей точке с помощью треугольника наклона.

    Диод в полосе заграждения


    Источник изображения:

    Собственный, созданный с помощью программного обеспечения CAD

    Диод работает в обратном направлении, когда потенциал анода более отрицательный по сравнению с катодом. Ток снижен до минимального, остаточный ток в 10 7 раз меньше по сравнению с направлением потока. Никогда так больше ноль в полупроводниковом кристалле несколько примесных носителей.Область p-типа предоставляет электроны и электронные дырки, область n-типа и дырки в качестве неосновных носителей. Оба могут свободно проходить через барьер и вызывать обратный ток. Повышение температуры и заметное увеличение обратного тока можно измерить, поскольку полупроводники находятся среди горячих проводников.
    По сравнению с кремниево-германиевыми диодами, диоды имеют более высокие токи утечки. Максимальное напряжение блокировки германиевого диода ниже. Силовые диоды имеют более высокие значения тока утечки, поскольку их pn переход имеет большую площадь поперечного сечения.На диаграмме показаны основные полные характеристические кривые двух типов диодов.

  • Диоды — это устройства с pn переходом.

  • Диоды имеют прямое и обратное направление.

  • В прямом режиме анодный потенциал более положительный, чем у катода.

  • Напряжение выше порогового значения диода очень низкое.
  • Диоды с высоким обратным напряжением


    Выпрямитель в энергетике для направления больших токов и высоких напряжений может одновременно надежно блокироваться.Однако до необходимой степени легирование снижает максимальное обратное напряжение, поскольку эти полупроводники имеют лишь узкий барьер. Этот недостаток устраняется установкой дополнительного полупроводникового слоя. Между сильно легированными полупроводниками p- и n-типа находится слаболегированная полупроводниковая область. Этот диапазон имеет низкое содержание p- или n-легирования, имеет высокое сопротивление и расширяется за счет барьерного слоя. Во включенном режиме этот промежуточный слой затем заполняется носителями заряда с обеих сторон и, таким образом, находится на низком уровне.Эти диоды называются полупроводниками PSN.


    Источник изображения:

    Создано с использованием программного обеспечения CAD.

    Высоковольтные диоды на несколько киловольт, обратное напряжение формируют широкую нелегированную полупроводниковую область между кристаллами p- и n-типа. Это внутренний, внутренний слой, называемый i-зоной. При высоком обратном запирающем напряжении область истощения простирается по всей ширине i-области. В прямом направлении эта область залита с обеих сторон подобно псн-диодам из электронов и дырок и с низким импедансом.

    Важные граничные данные диодов


    Предельные значения, указанные производителями в технических паспортах, поддерживаются для каждого из них. При эксплуатации некоторые значения не достигаются, это не влияет на другие пределы. Несоблюдение этого требования будет уничтожено.

    Обратное напряжение UR


    До этого максимального напряжения постоянного тока диод в обратном или обратном режиме сохраняет высокое сопротивление. Кремниевые диоды имеют обратное напряжение до 4 кВ. Для германиевых диодов максимальное значение около.100 В. Селеновые диоды, которые почти не используются, достигают только (25 … 40) В.

    Пиковое обратное напряжение URM


    Значение представляет собой максимальное периодическое пиковое значение переменного напряжения в обратном направлении при рабочей частоте больше чем 20 Гц

    Прямой ток IF и I0


    Значение указывает максимально допустимый постоянный или эффективный ток через диод, не разрушающийся в полосе пропускания. Целевой ток I0 является средним арифметическим прямого тока и немного ниже.

    Максимальный пиковый ток IFM


    Он выражается в прямом направлении для рабочей частоты около 20 Гц с синусоидальными нагрузками. Это значение применяется к прямоугольным сигналам с коэффициентом заполнения 0,5.

    Рассеиваемая мощность Ptot


    Таким образом, указана максимальная непрерывная мощность, которая не разрушает полупроводник. Он рассчитывается как произведение напряжения на диоде и тока через диод. Кремниевые диоды допускают более высокую рассеиваемую мощность по сравнению с германиевыми диодами.

    Температура перехода Tj


    Полупроводниковому кристаллу позволяют нагреваться до этой максимальной температуры без необратимого повреждения. Самая высокая температура корпуса компонента низкая, так как тепло кристалла должно передаваться только наружу. Кристаллические кремниевые диоды выдерживают температуры до 190 ° C. В германиевых полупроводниках предел составляет 100 ° C.Полупроводники селеном допускают температуру до 80 ° C.

    Температура окружающей среды TU


    Все ограничения указаны для температуры окружающей среды 25 ° C, если только значение указывается отдельно.

    Некоторые характеристики диодов


    Следующие характеристики не соблюдаются, схема может проявлять неожиданные свойства. Вот некоторые важные параметры:

    Прямое напряжение VF


    Значение должно соответствовать заданному прямому току IF. Прямое напряжение обычно соответствует напряжению диффузии pn перехода в обесточенном состоянии.

    Обратный ток IR


    Приведены спецификации обратного тока для определенного обратного напряжения UR. Кремниевые диоды имеют самые низкие обратные токи.На порядок хуже германиевые диоды. Еще более высокие обратные токи имеют селеновые ячейки.

    Емкость диода CD


    Диод, обедненная область барьерного слоя можно сравнить с электрическим потенциалом заряженного пластинчатого конденсатора. Диоды с большой площадью поперечного сечения на pn переходе имеют высокие значения емкости. Диапазон значений от нескольких пФ до пика диода 500 пФ в диодах с удельной емкостью.

    Есть диоды с очень малым временем переключения, диоды переключения.Время обратного восстановления определяет верхнюю частоту, на которой диод все еще работает должным образом. На следующей диаграмме показано поведение универсального диода 1N4005, работающего на слишком высокой частоте. Входным сигналом является один раз синусоидальное напряжение, а в другой раз — прямоугольное напряжение с пиковым значением 15 В на частоте 50 кГц. Диод подключен как однополупериодный выпрямитель, и выходное напряжение измеряется на нагрузочном резисторе kO первый


    Источник изображения:

    Собственный, созданный с помощью программного обеспечения CAD

    Of (от 0 до 10) — потенциал анода больше положительный, чем у катода.Диод работает в режиме передачи и выходное напряжение равно входному. Of (от 10 до 20) — диод должен быть заблокирован, а выходное напряжение V 0. Это состояние достигается через 5 микросекунд. При этом из области pn перехода вытекают носители заряда. После этого, исходя из зоны отчуждения, и диод не проводит.

    Область, выделенная желтым цветом, допустимая рассеиваемая мощность диода может быть превышена очень быстро. Он рассчитывается как P tot = R · U I R.При высоком обратном напряжении UR протекает большой обратный ток I R, который соответствует первым микросекундам значения прямого тока.


    Что такое полупроводниковый диод? Прямое и обратное соединение диода

    p n переход известен как полупроводниковый диод . Переход p n используется с целью выпрямления, так как он ведет только в одном направлении. Он также известен как кристалл , , диод , , поскольку он сделан из кремния или германия, подобного кристаллу.Обозначение полупроводникового диода показано ниже.

    Имеет два терминала. Он ведет себя только тогда, когда он смещен вперед. Это означает, что клемма, соединенная со стрелкой, имеет более высокий потенциал, чем клемма, подключенная к шине, как показано на рисунке выше. Когда полупроводниковый диод имеет обратное смещение, он практически не проводит через него ток.

    Вольт-амперные характеристики полупроводникового диода

    Вольт-амперная или ВАХ полупроводникового диода — это кривая между напряжением на переходе и током цепи.

    Схема схем показана ниже.

    Резистор R включен последовательно с PN переходом, который ограничивает прямой ток диода от превышения предписанного предельного значения. Характеристики изучаются по трем направлениям: нулевое внешнее напряжение, прямое смещение и обратное смещение. Они подробно описаны ниже.

    Нулевое внешнее напряжение

    Когда внешнее напряжение не подается, т. Е. Цепь разомкнута на ключе K, ток через цепь не течет.Это обозначено точкой 0 на графике, представленном ниже:

    Прямое смещение

    Когда ключ K замкнут, а переключатель двойного хода переведен в положение 1, как показано на приведенной выше принципиальной схеме A. PN-переход смещен в прямом направлении, поскольку полупроводник p-типа подключен к положительной клемме, а n-тип — к отрицательной терминал питания. Теперь при увеличении напряжения питания изменением переменного резистора Rh. Ток в цепи увеличивается очень медленно, и кривая является нелинейной, показанной на приведенном выше характеристическом рисунке B как OA.

    Медленный рост тока в этой области связан с тем, что приложенное извне напряжение используется для преодоления потенциального барьера 0,3 В, для Ge и 0,7 для Si PN перехода. Однако, как только потенциальный барьер устранен, и внешнее напряжение питания увеличивается. PN-переход ведет себя как обычный проводник, и ток в цепи очень резко возрастает, что представлено областью AB.

    В этот момент ток ограничен последовательным сопротивлением R и небольшим значением прямого сопротивления перехода R f .Кривая почти линейная. Если ток превышает номинальное значение диода, диод может быть поврежден.

    Напряжение колена

    Прямое напряжение (0,3 В для Ge и 0,7 В для Si-диодов), при котором ток через диод или p-n-переход начинает резко возрастать, известно как Knee Voltage .

    Обратное смещение

    Когда двухполюсный переключатель двойного направления (DPDT) переведен в положение 2, как показано на рисунке A. pn переход имеет обратное смещение, поскольку полупроводник p-типа подключается к отрицательной клемме, а n-тип — к положительной клемме поставка.При этом условии потенциальный барьер на переходе увеличивается. Следовательно, сопротивление перехода R r становится очень большим, и ток по цепи практически не течет.

    Однако на практике в цепи протекает очень небольшой ток порядка микроампер. Этот ток известен как обратный ток и возникает из-за наличия неосновных носителей заряда при комнатной температуре.

    Обратный ток немного увеличивается с увеличением напряжения питания обратного смещения.Если обратное напряжение постоянно увеличивается, наступает стадия, когда кинетическая энергия электронов (неосновных носителей заряда) становится настолько высокой, что они выбивают электроны из полупроводниковых связей. В точке C происходит пробой перехода, и сопротивление области барьера R r внезапно падает.

    Следовательно, обратный ток сильно возрастает до большого значения. Это может навсегда разрушить соединение. Обратное напряжение, при котором происходит разрыв pn перехода, известно как напряжение пробоя .

    Из всего вышеприведенного обсуждения можно сделать следующие выводы.

    • При нулевом внешнем напряжении ток через цепь или диод не протекает.
    • При прямом смещении ток немного увеличивается до тех пор, пока барьерный потенциал не исчезнет.
    • После напряжения колена прямой ток резко возрастает.
    • Прямой ток ограничен последовательным сопротивлением R и небольшим значением сопротивления перехода Rf.
    • Диод разрушается, когда прямой ток превышает номинальное значение диода.
    • Обратный ток немного увеличивается с увеличением напряжения из-за неосновных носителей. Максимальное значение обратного тока для Si-диода составляет всего 1 мкА.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.