3.П/п диоды. Классификация по конструкции, материалу, назначению. Маркировка диодов. Основные св-ва и применение.
П/п диод– это электропреобразовательный прибор, который содержит один или несколько электронных переходов и минимум 2 вывода для подключения к внешней цепи.
Полупроводниковые диодыиспользуют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.
В зависимости от области применения: выпрямительные, универсальные, импульсные, сверхвысокочастотные, варикапы, туннельные, обращенные, фото- и светодиоды, стабилитроны.
По типу p-n перехода:плоские и точечные.
По материалу:Ge, Si, соединения Ga, соединения In.
1.Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий).
2.Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п. Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, возникнет ток через диод и сила тока будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрящим контактам и выгорающим полупроводникам.
Применяются длякоммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.
( цифробуквенное обозначение, фиксирующее отличительные особенности эл. прибора)
1-й элемент фиксирует материал, из которого сделан диод(если буква, то элемент широкого употребления; если цифра то военная маркировка, к ним предъявляются более жесткие требования) Ge- Г,1;Si- К,2;GaAs- А,3;InSb- И,4.
2-й элемент опред. Область применения буква (Д – выпрямительные, универсальные, импульсные. С – стабилитрон, И – туннельные, обращенные, Д – диод Шотки, В - варикап)
3-й – число, характеризующее либо назначение прибора, либо номер разработки
Обозначения, заканчивающиеся буквами русского алфавита, фиксируют специальные параметры диода.
Общие параметры диодов:
-допустимая температура перехода(для искл.теплового пробоя)
-допустимая мощность, рассеиваемая диодом
-допустимый прямой ток
-максимально допустимое обратное напряжение(<= 0.8*Uпроб)
4. Выпрямительные диоды. Классификация. Влияние материала, степени легирования и температуры на вах выпрямительных диодов. Основные параметры. Особенности применения.
Выпрямительный диод– это п\п диод преобразующий переменный ток в постоянный(обычно нч, то есть от 50 Гц до 20 кГц).
Принцип работы:несимметричный вах.
Iпр макс : Маломощные <0.3А
Средней мощности: 0.3<..<10А
Большой мощности: >10А
Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом. Для рассеивания теплоты диоды средней и большой мощности располагаются на радиаторах охлаждения.
Uобр макс: Ge <400В(огранич.тепловым пробоем)
Si = 800-1500 В(лавинным пробоем)
Uпр : Ge = (0.5-0.9) В
При увеличении Wз или уменьшении Nпр -> увелич Uпр, а при увеличении T -> уменьш Uпр
Iобр (при Uобр макс) IобрGe >> IобрSi
Диапазон рабочих температур:
Ge (-60 – 75 C); Si (-60 – 125 C);
Чем больше крутизна прямой ветви, тем эффективнее выпрямление ( S =dIпр/dUпр)
Чем больше протяженность обратной ветви, тем большее напряжение может выпрямлять диод.
по количеству используемых фаз- однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные
по величине выпрямленного напряжения- низкого напряжения или высокого.
по способу соединения- параллельные, последовательные,параллельнопоследовательные.
по частоте выпрямляемого тока - низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные
6. Кремниевые стабилитроны. ВАХ стабилитрона и ее параметры. Зависимость ВАХ от степени легирования и температуры. Термостабилизация стабилитронов. Схема и параметры простейшего стабилизатора напряжения. Области применения стабилитронов.
П/п стабилитрон– диод, предназначенный для стабилизации уровня напряжения в параллельной нагрузке. ВАХ имеет участок со слабой зависимостью U отI. Для большинства стабилитронов рабочая точка находится в области электрического пробоя.
Виды стабилитронов: общего назначения, прецизионные, импульсные, двуханодные,стабисторы.
№ 1 – полевой пробой, №2 – смешанный, №3 – лавинный
Основные параметры:
1) Напряжение стабилизации Uct=3-400 В,Uпр.лав.=А*ρб В ; для увел Uпр надо увел РОб,умен сигма б, умен Nпр
6) сопротивление перемнному току
примерно 0,6-200 Ом;
7) Сопротивление постоянному току ;
8) Добротность , 20-100 %; 10)Коэф.стабилизации
9)Температурный коэффициент напряжения стабилизации ;
З ав-ть ТКН от напряжения стабилизации:Схема стабилизатора напряжения:
Для уменьшения α:
-исп смешанный вид пробоя(Uст = 5-6 В)
-исп прецизионные стабилизаторы. Исп.несколько последовательно соединенных p-n переходов.
Один из переходов – стабилизирующий вкл в обратном направлении, а 2 др – термокомпенсир в прямом. Если стабилизир переход работает в режиме лавинного пробоя, то с увел Т, U увел. Одновременно прямое напряжение на 2 др уменьшается.
Область применения: используют для стабилизации напряжения в цепях, и защиты схем от перегрузки. Прецизионный термокомпенсированный стабилитрон, заключается в последовательном соединении с обр. включеннымр-n-переходом стабилитрона доп.pn-перехода, включенного в прямом направлении. С повышением Т напряжение наpn-переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается, что компенсирует увеличение напряжения на обратно включенномpn-переходе при лавинном пробое.
7. Импульсные диоды. Особенности конструкции, ВАХ импульсных диодов. Основные параметры, применение. Переходный процесс прямого и обратного переключения диодов. Работа диодов от источника тока. Методы повышения быстродействия диодов.
Импульсный диод– это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов при его переключении (изменении полярности подаваемых импульсов тока и напряжения) и предназначенных для работы в импульсных режимах.
Особенности конструкции– точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки и стеклянного баллона. Получают методом электроформовки или приваркой проволоки к полупроводнику при прохождении импульса тока, и образования аналоговогоp-n-перехода.
В АХ импульсного диода:Осн. назначение имп. диодов– работа в качестве коммутирующих элементов, применение их для детектирования ВЧ сигналов и для других целей.
1) прямой средний ток Iпр
2) прямое падение напряжения при I=IпрестьUпр
4) макс. допустимое обр. напряжение Uобр.max=(0,5-0,8)Uпробоя
6) τвос-время восстановления обр. сопр. диода - временя от момента перехода тока диода через ноль до момента значения обратного тока 1,1Iобрстационарное.
7) τуст-время установленияUпрдиода, равное времени от момента подачи имп. прям. тока на диод (при 0 нач. напр-ии смещения) до достижения заданного значения прямого напряжения на диоде.
Факторы, влияющие на инерционность работы импульсного полупроводникового диода:
1) Накопление неравновесных носителей заряда в базе при прямом смещении
2) Влияние барьерной емкости
Имп. диоды: 1) Быстро действующие τвос<10 мс; 2)средне 10 < τвос<100 мс 3) низко τвос> 100 мс
1) Создание рекомбинационных центров в области базы (золото)
2) Применение диодов с накопление зарядов ДНЗ-диоды
При переключении диода с прям. направления на обр. в начальные момент временя через диод идет большой Iобр, ограниченный объемным сопр. базы. Накопленные в базе неосн. носители заряда рекомбинируют или уходят из базы черезpn-переход, после чегоIобруменьшается до своего стац. знач-ия. Переходный процесс, в течение которого обр. сопротивление п/п диода вост. до постоянного значения, наз-сявременем восстановления обр. сопр. диода.
Переходный процесс, в течение которого прямое сопротивление п/п диода устанавливается до постоянного значения, называется временем установления прямого напряжения диода.
Р абота имп. п/п диода от генератора постоянного тока:1)t(0,t1),i(t),U(t) = 0