Материал: 2072

зависит от типа примесей в ПП и лежит в пределах 1-100 пФ из-за большой диэлектрической проницаемости ПП ( Ge 16) и малой толщины за-

пирающего слоя. С ростом Uобр из-за увеличения ширины р–n-перехода

его емкость уменьшается (рис. 4.6). В выпрямительных диодах эта емкость вредна, однако специальные диоды – варикапы – используют как конденсаторы переменной емкости, регулируемой путем изменения обратного

5.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

5.1.Устройство, характеристики и параметры выпрямительных полупроводниковых диодов

Полупроводниковыми диодами (ПД) называют приборы, содержащие р–n-переход и два вывода. ПД находят широкое применение в различных электронных устройствах.

На рис. 5.1 показана структура ПД (а), условное графическое и позиционное обозначение ПД в электрических схемах (б).

Промышленность выпускает разные типы ПД: выпрямительные, детекторные, сверхвысокочастотные, туннельные диоды, стабилитроны, варикапы и другие.

По конструкции их делят на плоскостные и точечные. Плоскостные ПД имеют плоскостной переход (рис. 5.2, а), точечный переход создается около контакта острия металлической пружинки с ПП кристаллом n-типа

(рис. 5.2, б).

Точечные диоды имеют малую емкость р–n-перехода, поэтому могут работать в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, но они допускают малые прямые токи (до единиц миллиампер) и небольшие обратные на-

31

пряжения (до нескольких десятков вольт). Поэтому их применяют в маломощных электронных устройствах промышленной электроники, радиотехники, вычислительной техники и т.д.

VD1 p n

Рис. 5.2. Устройство плоскостного (а) и точечного (б) диодов

Плоскостные диоды находят широкое применение при выпрямлении переменного тока. Их прямые токи достигают нескольких сотен ампер, а обратные напряжения – нескольких сотен вольт.

Плоскостные диоды создаются по сплавной или диффузионной технологии.

При сплавной технологии, например, в пластинку германия n-типа вплавляется таблетка индия либо в кремниевую пластинку n-типа вплавляется таблетка алюминия. В процессе сплавления при высокой температуре трехвалентный металл проникает в пластинку n-типа, образуя тонкий слой p-типа. При диффузионной технологии также за основу принимается кристалл n-типа (кремний). В пластинку при высокой температуре осуществляют диффузию атомов акцепторной примеси (алюминия, бора). В результате образуется p-область. Омические контакты (анод и катод) создают напылением металла в вакууме. Пластинку вместе с контактами размещают в герметическом корпусе со стеклянным изолятором одного вывода прибора от корпуса.

32

Принцип действия ПД основан на свойстве односторонней проводимости р–n-перехода: при прямом напряжении его сопротивление мало, при обратном – велико. Это свойство диодов используют при построении выпрямителей – устройств, преобразующих переменное разнополярное напряжение в однополярное напряжение или ток (рис. 5.3).

VD1 uвх

Рис. 5.3. Схемы простейших выпрямителей:

а – однополупериодный выпрямитель; в – двухполупериодный выпрямитель; б и г – кривые входного и выходного напряжений выпрямителей (при построении кривых Uн t не учтено падение напряжения на открытых диодах)

Как видно из приведенных схем, при включении диодов в цепь между источником переменного напряжения и нагрузкой с сопротивлением Rн через нагрузку протекает выпрямительный ток. Открытым состоянием диода называют режим протекания через него прямого тока. Так как ВАХ диода нелинейна, определить ток открытого диода по заданному напряжению можно графическим способом, как для нелинейной цепи (рис. 5.4).

Формы ВАХ германиевого и кремниевого выпрямительных диодов одинаковой конструкции и мощности существенно различаются. У крем-

33

максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом, Pmax ;

максимально допустимый ток Inpmax;

диапазон рабочих температур.

Германиевые диоды работают в диапазоне от –60 до +80 С; кремниевые – от –60 до +160 С. Несмотря на то, что у кремниевых диодов выше падение напряжения в прямом направлении, в целом они имеют лучшие эксплуатационные характеристики, чем германиевые.

Промышленность выпускает большое количество типов плоскостных и точечных диодов, перекрывающих широкий диапазон по обратным напряжениям, прямым токам, быстродействию. Параметры, типы и назначение диодов приводятся в обширной справочной литературе.

5.2. Стабилитроны. Характеристики, параметры и применение

Стабилитроном называют ПП диод, в котором в области электрического пробоя ВАХ используется участок, где напряжение слабо зависит от обратного тока. Благодаря этому стабилитроны используют как стабилизаторы напряжения. В настоящее время выпускаются преимущественно кремниевые стабилитроны. ПП диоды, в которых используется участок ВАХ при прохождении прямого тока, где напряжение слабо зависит от величины этого тока, называются стабисторами. Обратная ветвь ВАХ стабилитрона имеет почти вертикальный участок, прямая ветвь такая же, как у обычного диода (рис. 5.5). Обозначение стабилитрона в схемах несколько отличается от обозначения диода.

Iпр

а

IСТmin

Iст Uст

IСТmax

б

Uст

Рис. 5.5. Условное графическое обозначение стабилитрона в схемах и его ВАХ

35