Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Отчет'
отделением « » 0___г. Подпись главного врача Отчет о производственной практике помощник палатной и процедурной медицинской сестры студента курса групп...полностью>>
'Документ'
1.2. Школьная олимпиада – первый этап Всероссийской олимпиады школьников, который проводится школой. В олимпиаде могут принимать участие по желанию об...полностью>>
'Программа дисциплины'
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "В...полностью>>
'Документ'
Отведенная школе территория составляет 1,5 га, включая учебно-опытный участок, игровую площадку, школьный стадион, хоккейную площадку. На территории р...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

16.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом. Различают точечные (рис. 16.13) и плоскостные (рис. 16.14) диоды. В стеклянном или металлическом корпусе 2 точечного диода крепится германиевый или кремниевый кристалл n-типа 3 площадью порядка 1 мм2 и толщиной 0,5 мм, к которому прижимается стальная или бронзовая игла 4, легированная акцепторной присадкой. Прибор включается в схемы через выводы 1. В процессе формовки через контакт иглы с кристаллом пропускают мощные импульсы тока. При этом кончик иглы оплавляется и часть акцепторной примеси внедряется в кристалл. Вокруг иглы образуется микроскопическая (точечная) область с дырочной электропроводностью. На полусферической границе этой области с кристаллом n-типа возникает электронно-дырочный переход.

Малая площадь р-n-перехода в точечном диоде обеспечивает ему минимальное значение межэлектродной емкости.

Площадь р-n-перехода плоскостных диодов достигает десятков и сотен мм2.

Рис. 16.14. Конструкция плоскостного выпрямительного диода: 1 — вывод; 2 — стеклянная втулка; 3 — полупроводниковый кристалл; 4 — гайка, 5 — шайба; 6 — основание: 7 — металлический корпус

Для получения таких площадей используют методы сплавления или диффузии. При методе сплавления на пластинку кристалла с донорной примесью помещают таблетку акцепторной примеси, которая расплавляется при нагреве в печи. Расплав частично проникает в кристалл и образует область р-типа, граничащую с массой кристалла. У этой границы возникает р-n-переход.

При изготовлении диода методом диффузии кристалл с донорной примесью помещают в газовую среду акцептора (кристалл с акцепторной примесью — в газовую среду донора) и выдерживают длительное время при заданной температуре. Диффундируя в поверхность кристалла, молекулы акцептора (или донора) образуют область с типом электропроводности, противоположным типу электропроводности кристалла.

Метод сплавления позволяет получить р-n-переход с резким изменением концентрации примеси. При методе диффузии концентрация примесных атомов в области р-n-перехода изменяется плавно.

Мощные плоскостные полупроводниковые диоды, рассчитанные на большие токи, изготовляют в массивных металлических корпусах, обеспечивающих поглощение и отвод теплоты, выделяющейся в р-n-переходе. С помощью массивных шайб и гаек корпус диода плотно прижимается к монтажной металлической панели.

Основной характеристикой диода служит его вольт-амперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики р-n-перехода (см. рис. 16.12). Вольт-амперная характеристика диода существенно зависит от температуры окружающей среды, с повышением которой прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. При заданном прямом токе с увеличением температуры снижается прямое напряжение между электродами диода.

Существенным образом влияет температура окружающей среды и на обратный ток, который тоже возрастает с увеличением температуры. При увеличении температуры окружающей среды выше определенного значения уже при небольших обратных напряжениях развивается тепловой пробой р-n-перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° С, а кремниевых — при 200° С. Высокая термическая устойчивость кремния — важнейшее его преимущество по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Кремниевые диоды допускают плотность тока в прямом направлении 10 А/мм2 и более, что позволяет изготовлять мощные полупроводниковые устройства с относительно небольшими массами и габаритами.

Одна из важных характеристик диода — пробивное обратное напряжение. Это напряжение зависит от ширины обедненного слоя и у современных плоскостных диодов равно сотням и тысячам вольт. Оно несколько увеличивается с повышением температуры, не выходящим за пределы работоспособности диода.

Внутреннее сопротивление плоскостных диодов прямому току при номинальных режимах работы составляет десятые доли ом, с повышением температуры оно уменьшается.

(Ответьте на карт. № 16.6а.)

Карточка № 16.6а (175) Полупроводниковые диоды

Укажите основное достоинство точечного диода

Малые размеры Простота конструкции

Малая емкость р-n-перехода

223 24

74

Какой метод не применяется для создания р-n-перехода в плоскостных диодах?

Формовка большими импульсными токами

Сплавление

Диффузия

124

174

224

Из какого материала может быть изготовлена таблетка примеси для получения р-n-перехода методом сплавления в кристалле р-n-типа?

Из индия

Из галлия

Из мышьяка

25

75 125

Как изменяется пробивное напряжение диода с увеличением температуры от 0 до 70" С?

Увеличивается Уменьшается

Это зависит от материала диода

175 225

26

С какой целью мощные диоды изготовляют в массивных металлических корпусах?

Для повышения прочности

Для лучшего отвода теплоты

Для повышения пробивного напряжения

76

126

176

74-124-125-26-126

Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно. Рассмотрим наиболее характерные случаи.

Полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными. Плоскостные диоды малой и средней мощности широко используют в схемах питания радиоаппаратуры, в устройствах автоматики и вычислительной техники. Диоды большой мощности используют в силовых установках для питания тяговых электродвигателей, привода станков и механизмов, обеспечения технологических процессов в химическом и металлургическом производствах.

Для характеристики выпрямительных свойств диодов вводится коэффициент выпрямления, равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении (например, 1 В). Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

Рис. 16.16.. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты (ультракоротковолновая и космическая радиосвязь, радиолокация, телеизмерительная техника и т. д.), называют высокочастотными. СВЧ-диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

Детекторные свойства СВЧ-диода, определяемые коэффициентом выпрямления, зависят от емкости р-n-перехода. Чем меньше эта емкость, тем больше коэффициент выпрямления.

Ранее установили, что ширина обедненного слоя и, следовательно, емкость электронно-дырочного перехода зависят от напряжения, приложенного в непроводящем направлении. Такая зависимость дает возможность изменять емкость диода, варьируя обратное напряжение на нем. Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называют варикапами.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический (не тепловой) пробой (см. рис. 16.12), позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения.

Вспомним явление электронно-дырочного перехода электрический пробой

Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударной ионизацией атомов и туннельным эффектом. Ударная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электроны проводимости приобретают на расстоянии, равном длине свободного пробега, энер­гию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристалла. При этом происхо­дит лавинообразное увеличение количества носителей заряда и ток возрастает.

Туннельный эффект выражается в том, что элек­трон с энергетического уровня области р проникает сквозь потенциальный барьер без потери энергии на такой же энергетический уровень области n. При уве­личении напряжения до UKp вероятность таких перехо­дов возрастает, что и приводит к увеличению обрат­ного тока.

Одна из возможных схем стабилизации представлена на рис. 16.15. Выходное напряжение схемы с большой степенью точности поддерживается на заданном уровне UВЫХ = const, равном критическому (пробивному) напряжению диода СТ. Разница между входным и выходным напряжениями гасится на сопротивлении Rг.

Если входное напряжение возрастает, то увеличивается и обратный ток диода, возрастает ток I и падение напряжения на гасящем сопротивлении Rr. Приращения напряжений ΔUвx и ΔI·Rг взаимно компенсируются, а Uвых сохраняется на заданном уровне.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Недостаток рассмотренной схемы — зависимость пробивного напряжения стабилитрона, а следовательно, и выходного напряжения Uвых от температуры. Эту зависимость можно существенно уменьшить, включив последовательно со стабилитроном компенсирующий диод в прямом направлении.

Для стабилизации малых напряжений (порядка 1 В) используют диод, включенный по той же схеме, но в прямом направлении. При этом для повышения степени стабильности выходного напряжения структуру электронно-дырочного перехода формируют так, чтобы вольт-амперная характеристика диода в прямом направлении по возможности круто поднималась вверх при возрастании напряжения стабилизации (рис. 16.16).

При больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект р-п-перехода. При этом в вольт-амперной характеристике диода появляется участок с отрицательным сопротивлением (прямой ток увеличивается с уменьшением прямого напряжения), что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний. Такие диоды называют туннельными.

Для работы в импульсных схемах изготовляют импульсные диоды, у которых перераспределение носителей зарядов в р-n-переходах при смене полярности напряжения (переходные процессы) происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область р-n-перехода небольшой присадкой золота.

Условные обозначения некоторых полупроводниковых диодов изображены на рис. 16.17.

Маркировку диодов осуществляют с помощью цифр и букв.

Карточка № 16.66 (240) Полупроводниковые диоды

Какие диоды применяют для выпрямления переменного тока?

Плоскостные

Точечные

Те и другие

226 27

77

Какие диоды применяют: а) для получения постоянного тока в химическом производстве; б) в качестве детекторов в радиоприемных устройствах?

а) Точечные; б) плоскостные

а) Плоскостные; б) точечные

127

177

Какие диоды работают в режиме пробоя?

Варикапы

Стабилитроны

Туннельные диоды

При пробое диоды выходят из строя

227 28

78

128

Какие диоды используют для генерации электрических колебаний?

Генераторы электрических колебаний могут быть построены только на триодах

Импульсные диоды

Туннельные диоды

178

228

29

77-177-28-29



Похожие документы:

  1. P), а другой электронной (n

    Документ
    ... электронно-дырочном p-n-переходе. В германиевых и кремниевых диодах ... называют полупроводниковый прибор с тремя выводами, имеющий два взаимодействующих электронно-дырочных перехода ... двумя внешними цифровыми вольтметрами постоянного тока Щ1516. На рис.16 ...
  2. Учебно-методический комплекс по дисциплине «электронная и преобразовательная техника» (название)

    Учебно-методический комплекс
    ... электронная, дырочная, собственная, примесная. Элементы зонной теории полупроводников. Электронно-дырочный переход. 2.2. Полупроводниковые диоды ... полупроводниковых приборах Кафедра «Тяговый подвижной состав» 2010-2011 уч. год ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16 ...
  3. 9 полупроводниковые диоды

    Документ
    ... № 5 9 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Общие сведения Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, содержащий один электрический переход с двумя выводами для подключения во внешнюю цепь. Диод ...
  4. Физические основы микроэлектроники практикум

    Документ
    ... или электронно-дырочный переход ускоряющим электрическим полем, созданным действием внешнего напряжения, называется экстракцией ... аналогичен обычным полупроводниковым диодам. Однако принцип действия и характеристики этих двух приборов существенно ...
  5. Трофимова т.и. курс физики

    Документ
    ... новые явления. Одним из важных выводов этой теории явилось ... называется электронно-дырочным переходом (или p-n-переходом). Эти переходы имеют большое практическое значение, являясь основой работы многих полупроводниковых приборов. p-n-Переход ...

Другие похожие документы..