Электротехника и электроника
2. Полупроводниковые диоды: 2.3. Виды и система обозначений современных полупроводниковых диодов.
|
Электротехника и электроника |
|
2. Полупроводниковые диоды: 2.3. Виды и система обозначений современных полупроводниковых диодов. |
|
2.3.1. Виды и обозначение диодовВ зависимости от свойств и поведения ВАХ различают следующие виды диодов. 1) Выпрямительные диоды различных классов, отличающиеся напряжением, временем переключения, рабочей полосой частот. ВАХ как у обычного p-n-перехода. Обозначение стандартное (см. таблицу 2.1). В качестве выпрямительных используют сплавные эпитаксиальные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных p-n-переходов. Для выпрямительных диодов характерны малые сопротивления и большие токи в прямом режиме. Барьерная емкость из-за большой площади перехода достигает значений десятков пикофарад. Германиевые выпрямительные диоды применяют до температур 70-80оС, кремниевые до 120-150оС, арсенид-галлиевые до 150оС. Основные параметры выпрямительных диодов: Uобр,макс –максимально допустимое обратное напряжение, которое диод может выдержать без нарушения его работоспособности; Iвып,ср - средний выпрямленный ток; Iпр,п – пиковое значение импульса тока при заданных максимальной длительности, скважности и формы импульса; Uпр,ср – среднее прямое напряжение диода при заданном среднем значении прямого тока; Pср – средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях; rдиф – дифференциальное сопротивление диода в прямом режиме. Особо отметим класс импульсных диодов, имеющих очень малую длительность переходных процессов из-за малых емкостей переходов (доли пикофарад); уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади p-n-перехода, поэтому допустимые мощности рассеяния у них меньше, чем у низкочастотных выпрямительных диодов. Их используют в импульсных схемах. К параметрам, перечисленным выше, для импульсных диодов следует отнести общую емкость СД, максимальные импульсные прямые и обратные напряжения и токи, время установления прямого напряжения от момента подачи импульса прямого тока до достижения им заданного значения прямого напряжения и время восстановления обратного сопротивления диода с момента прохождения тока через нуль до момента, когда обратный ток достигает заданного малого значения (см. рис. 2.13).
Рис. 2.13 После изменения полярности напряжения в течение времени t1 обратный ток меняется мало, он ограничен только внешним сопротивлением цепи. При этом заряд неосновных носителей, накопленных в базе диода, рассасывается. Далее ток уменьшается до своего статического значения при полном рассасывании заряда в базе. 2) Стабилитроны – диоды, предназначенные для работы в режиме электрического пробоя. Условное обозначение отличается от стандартного (см. таблицу 2.1). В этом режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение на нем меняется мало. В низковольтных (до 5,7В) стабилитронах используется туннельный пробой, а в высоковольтных – лавинный пробой. В них более высокоомная база. Основные параметры: Uст – напряжение стабилизации при заданном токе в режиме пробоя; Iст,мин и Iст,макс – минимально допустимый и максимально допустимый токи стабилизации; rст – дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке пробоя;
Для стабилизации малых напряжений (0,3…1,9В) используют диоды, называемые стабисторами, которые работают в прямом режиме, имеют специальную форму прямой ветви. Обозначение такое же, как у выпрямительных диодов. 3) Диод Шотки – разновидность выпрямительных диодов, работающий на основе выпрямляющего контакта металл – полупроводник, образующего контактную разность потенциалов из-за перехода части электронов из полупроводника n -типа в металл и уменьшения концентрации электронов в полупроводниковой части контакта. Эта область обладает повышенным сопротивлением. При подключении внешнего источника плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику, потенциальный барьер понизится и через переход пойдет прямой ток. В диоде Шотки отсутствуют явления накопления и рассасывания основных носителей, поэтому они очень быстродействующие и могут работать на частотах до десятков ГГц. Прямое напряжение составляет ~0,5 В, прямой допустимый ток может достигать сотни ампер, а обратное напряжение – сотен вольт. ВАХ диода Шотки напоминает характеристику обычных p-n-переходов, отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8-10 декад напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи достаточно малы – 10-10…10-9 А. Конструктивно диоды Шотки выполняют в виде пластины из низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла. Диоды Шотки применяют в переключательных схемах, а также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах, из-за соответствующей вида его ВАХ. 4) Варикап – полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве емкости, величина которой зависит от приложенного к нему напряжения. Основная его характеристика – вольт-фарадная С( U ) (см.таблицу 2.1). Варикап работает как правило при обратном напряжении, при изменении которого изменяется в широких пределах барьерная емкость диода, причем
где С(0) – емкость при нулевом напряжении на диоде; Основные параметры варикапа: С – емкость, измеренная между выводами при заданном обратном напряжении;
rП – суммарное активное сопротивление диода;
5) Туннельный диод – полупроводниковый диод с падающим участком на прямой ветви ВАХ, обусловленный туннельным эффектом. Обозначение и ВАХ даны в таблице 2.1. Падающий участок характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением. В зависимости от функционального назначения туннельные диоды условно подразделяются на усилительные, генераторные и переключательные. Основные параметры: IП и UП – пиковые ток и напряжение начала падающего участка; IВ и UВ – ток и напряжение впадины (конца падающего участка);
UР – диапазон напряжений падающего участка ( раствор). LД – полная последовательная индуктивность диода при заданных условиях (см. рис.2.14, представляющий схему замещения диода на падающем участке ВАХ для малых изменений тока и напряжения на диоде).
Рис. 2.14 f0 – резонансная частота, при которой общее реактивное сопротивление p-n-перехода и индуктивности корпуса обращается в нуль; fR - предельная резистивная частота, при которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из p-n-перехода и сопротивлений потерь, обращается в нуль; КШ – шумовая постоянная туннельного диода, определяющая коэффициент шума диода; rП – сопротивление потерь, включающее сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов. Разновидностью туннельного диода является обращенный диод. Это полупроводниковый диод, физические явления в котором подобны физическим явлениям в туннельном диоде. Его рассматривают иногда как вариант туннельного диода. Здесь участок с отрицательным сопротивлением выражен более слабо, чем у туннельного, а иногда даже отсутствует. Обозначение и ВАХ даны в таблице. Обратная ветвь обращенного диода используется как прямая ветвь обычного диода. Таблица 2.1
|
|
© Андреевская Т.М. Кафедра РЭ, МИЭМ, 2005. |
|
- температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации при заданном токе стабилизации. Туннельный пробой характеризуется отрицательным ТКН, а лавинный - положительным. 
- контактный потенциал; n =2 для резких и n =3 для плавных p-n-переходов. 
- коэффициент перекрытия по емкости; 
- добротность, определяемая при заданном значении емкости. 
- отношение тока впадины к пиковому току; 
