ДИОДЫ
Диоды – это двухэлектродныеэлементы, обладающие односторонней проводимостью тока. Вполупроводниковых диодах односторонняя проводимость обуславливается применениемполупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которыхобладает дырочной (p), а другой – электронной (n) электропроводностью.
Полупроводниковый диод представляет собой приборс двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.Как возникаетвыпрямляющий запирающий слой?Образование слоя начинается с того, что в p-половине больше дырок, а в n-половинебольше электронов. Разность плотности носителей зарядов начинаетсяуравновешиваться через переход: дырки проникают в n-половину, электроны в p-половину.
С помощью внешнего источника тока можно повыситьили понизить внешний потенциальный барьер. Если к диоду приложить прямое напряжение, т.е положительныйполюс соединить с p-половиной, то внешняя электрическая сила начнётдействовать против двойного слоя, и диод пропускает ток, который быстро растётс увеличением напряжения. Если же изменить полярность проводников, тонапряжение падает почти до нулевой отметки. Если диод подключить в цепьпеременного напряжения, то он будет служить как выпрямитель, т.е на выходебудет постоянное пульсирующее напряжение, по направлению в одну сторону.Виды диодов
– Выпрямительные -диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основнойхарактеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношениюпрямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициентвыпрямления, тем меньше потери выпрямителя.
– Высокочастотные – эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой исверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектированиясверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качествевысокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочногоперехода в которых составляет доли пикофарад.
– Варикапы – диоды, работакоторых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода взависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются вкачестве конденсаторов с управляемой емкостью.
– Стабилитроны – диоды,используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие удиода критического обратного напряжения, при котором наступает электрическийпробой.
– Туннельные – диоды, где при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффектp-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательнымсопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиленияэлектрических колебаний.
Диоды различают последующим признакам. Поконструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды. Помощности: маломощные; средней мощности; мощные. Почастоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ. Пофункциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды.
Условноеобозначение диодов
а)выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны;в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды;з) выпрямительные блоки.
принципдействия диода основан на том, что в полупроводнике n-типаосновными носителями свободного заряда являются электроны, и их концентрация превышает концентрацию дырок (nn >> np).В полупроводнике p-типа основными носитялеми являются дырки (np>> nn). При контакте двух полупроводников n- и p-типовначинается диффузия: дырки из p-области переходят в n-область, аэлектроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизизоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженныйслой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательнозаряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойнойэлектрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузииэлектронов и дырок навстречу друг другу. Пограничная область разделаполупроводников с разными типами проводимости, достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний.Объемные заряды этого слоя создают между p- и n-областями запирающее напряжениеUз, приблизительно равное 0,3 В для германиевых n–p-переходов и 0,65 В длякремниевых.
Основой плоскостных и точечныхдиодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называетсябазой транзистора. База припаивается к металлической пластинке, которая называетсякристаллодержателем.
Вольтамперная характеристикареального диода проходит ниже, чем у идеального p-n перехода, так как сказываетсявлияние сопротивления базы. После точки А вольтамперная характеристика будетпредставлять собой прямую линию, так как при напряжении Uа потенциальный барьерполностью компенсируется внешним полем. Кривая обратного тока ВАХ имеет наклон,так как за счёт возрастания обратного напряжения увеличивается генерациясобственных носителей заряда.
