ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
Полупроводниковый диод представляет собой обычный p-n-переход. НаРис. 1.15 приведены основные характеристики диода и символ, которым диод обозначается в схемах. В общих чертах все диоды подразделяются на два класса: выпрямительные и импульсные. Выпрямительные диоды применяются в источниках питания для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды могут проводить большие токи, должны выдерживать большие пиковые обратные напряжения и в основном работают при низких частотах (обычно 50 или 60 Гц). Импульсные диоды используют в качестве логических элементов или как демодуляторы в высокочастотных схемах. Напряжения и токи в таких диодах малы, но их быстродействие должно быть очень высоким. Эти различия отражены в конструкции диодов. Выпрямительный диод должен рассеивать значительное количество тепла, а поглощенная энергия определяется средним значением прямого тока и падением прямого напряжения. Обычно выпрямительные диоды имеют относительно большие размеры и зачастую снабжены специальными приспособлениями для крепления к теплоотводам. Быстродействие диодов зависит от такого фактора, как паразитная (конструктивная) емкость, поэтому импульсные диоды отличаются очень небольшими размерами. Выпрямительные и импульсные диоды изготавливают из германия или кремния. Германиевые диоды характеризуются малым прямым напряжением отпирания (около 0.2 В), но температурный предел работы перехода составляет 75 °С. Напряжение отпирания кремниевого диода составляет около 1 В, но такие диоды могут работать при температуре вплоть до 200°С. Обратный ток кремниевого диода значительно меньше чем германиевого. В основном кремниевые диоды чаще используют в выпрямительных схемах и логических устройствах, а германиевые — в высокочастотных схемах. СТАБИЛИТРОН В обратносмещенном p-n-переходе существует ток определенной величины. Обычно этот ток пренебрежимо мал, но с ростом обратного напряжения можно достичь напряжения пробоя, при котором обратный ток достаточно большой. Пробой может быть вызван двумя различными механизмами, каждый из которых включает в себя совокупность физических процессов в полупроводнике: 1. Лавинный эффект. Неосновные носители с большой скоростью проникают через обедненный слой и выбивают валентные электроны. Лавинный эффект является нарастающим и вызывает стремительное увеличение тока. 2. Эффект Зенера. Диод намеренно изготавливают с узким обедненным слоем. Таким образом, приложенное напряжение вызывает электрическое поле большой напряженности в обедненном слое, которое достаточно для того, чтобы разрушить ковалентные пары. Эти эффекты возникают в обычных диодах при напряжениях, значительно превышающих номинально допустимые обратные напряжения. Однако существуют конструкции, в которых пробой этих двух типов происходит при небольших предсказуемых значениях напряжения. Вне зависимости от механизма пробоя такие диоды называют стабилитронами. При пробое важно, чтобы ток был ограничен. Обычно ограничение реализуют при помощи последовательно включенного резистора, как показано на Рис. 1.16а. Наклон вольтамперной характеристики при пробое очень крутой (Рис. 1.16б), а выходное сопротивление схемы, показанной на Рис. 1.16а, составляет несколько Ом.
Ток, протекающий через стабилитрон, вызывает рассеяние мощности в виде тепла, рассеиваемая мощность определяется формулой: Выпускаемые стабилитроны могут рассеивать мощность до 5 Вт. Характеристики стабилитронов позволяют использовать их в качестве удобных источников опорного напряжения источников питания и других схем. Однако стоит заметить, что механизмы пробоя приводят к возникновению «шумового» напряжения, поэтому при использовании стабилитронов в усилителях могут возникнуть некоторые проблемы. ВАРИКАП Ранее уже было упомянуто, что обедненный слой в обратносмещенном переходе ведет себя как конденсатор. С увеличением обратного напряжения носители перемещаются из области перехода. Это приводит к увеличению ширины обедненного слоя и уменьшает емкость перехода. Варикап — полупроводниковый прибор, разработанный на основе этого эффекта. Изменение емкости типичного варикапа составляет от 20 до 40 пФ при изменении обратного напряжения в 5 В. Варикапы широко используются в качестве элементов настройки в индуктивно-емкостных контурах. В настоящее время варикапы применяют в большинстве телевизионных тюнеров (селекторов каналов).
ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД Туннельный диод (иногда называемый также диодом Есаки, по имени его изобретателя) представляет собой p-n-переход с очень высоким уровнем легирования. Результатом этого является очень узкий обедненный слой, вследствие чего пробой происходит без какого бы то ни было внешнего смещения. Прямая ветвь ВАХ такого диода представлена на Рис. 1.17. Эта ветвь разделяется на три отчетливые области. В области 1 происходит пробой и прямой ток возрастает. В области 2 прибор выходит из пробоя и демонстрирует отрицательное сопротивление (уменьшение тока при возрастании напряжения). В области 3 прибор полностью выходит из пробоя и ведет себя как обычный диод. При работе прибора используется область 2, так как отрицательное сопротивление дает возможность применять прибор в качестве генератора или запоминающего (накопительного) элемента. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|