II. Некоторые виды диодов, их назначение и основные характеристики. Разновидности диодов

Полупроводниковые и оптоэлектронные приборы | Разновидности полупроводниковых диодов

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, сконст­руированный для работы в режиме электрического про­боя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 1.39, а.

Рис. 1.39

В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно. Го­ворят, что стабилитрон стабилизирует напряжение. Изоб­разим для примера вольт-амперные характеристики крем­ниевого стабилитрона Д814Д (рис. 1.40).

Рис. 1.40

В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удель­ного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоко­вольтных) – лавинный пробой.

Для примера применения стабилитрона обратимся к схеме параметрического стабилизатора напряжения (рис. 1.41). Если напря­жение uвх настолько велико, что стабилитрон находится в режиме пробоя, то изменения этого напряжения практи­чески не вызывают изменения напряжения uвых (при изменении напряжения uвх изменяется только ток i, а также напряжение uR: uR = i·R).

Рис. 1.41

Стабилитрон является быстродействую­щим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Стабистор – это полупроводниковый диод, напряже­ние на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участ­ке почти вертикальная). Стабистор предназначен для ста­билизации малых напряжений.

В диоде Шоттки используется не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металл–полупро­водник. Условное графическое обозначение диода Шоттки представлено на рис. 1.39, б.

При работе диода Шоттки отсутствуют инжекция не­основных носителей и соответствующие явления накоп­ления и рассасывания, поэтому диоды Шоттки – очень быстродействующие приборы, они могут работать на ча­стотах до десятков гигагерц. У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) – около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых приборов. Максимально допу­стимый прямой ток может составлять десятки и сотни ампер, а максимально допустимое напряжение – сотни вольт.

Для примера изобразим прямые ветви вольт-амперных характеристик (рис. 1.42) кремниевого диода КД923А с барьером Шоттки (диода Шоттки), предназначенного для работы в импульсных устройствах.

Рис. 1.42

Варикап – это полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве конденсатора, емкость которо­го управляется напряжением. Условное графическое обо­значение варикапа представлено на рис. 1.39, в.

На варикап подают обратное напряжение. Барьерная емкость варикапа уменьшается при увеличении (по моду­лю) обратного напряжения. Характер изменения емкости у варикапа такой же, как и у обычного диода.

Туннельный диод– это полупроводниковый диод, в ко­тором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особен­ностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрица­тельным дифференциальным сопротивлением. Условное графическое обозначение туннельного диода представле­но на рис. 1.39, г.

Для примера изобразим (рис. 1.43) прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного уси­лительного диода 1И104А, предназначенного для уси­ления в диапазоне волн 2...10 см (это соответствует час­тоте более 1 ГГц).

Рис. 1.43

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обес­печивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основно­го элемента генераторов. В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Обращенный диод– это полупроводниковый диод, фи­зические явления в котором подобны физическим явле­ниям в туннельном диоде, поэтому зачастую обращенный диод рассматривают как вариант туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопро­тивлением на вольт-амперной характеристике обращенно­го диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики обра­щенного диода (отличающаяся очень малым падением напряжения) используется в качестве прямой ветви «обыч­ного» диода, а прямая ветвь – в качестве обратной ветви. Отсюда и название – обращенный диод.

Условное графическое обозначение обращенного дио­да представлено на рис. 1.39, д.

Лавинно-пролетные диоды (ЛПД) работают в режиме электрического пробоя при постоянном обратном напряжении и при некоторых условиях обладают отрицательным сопротивлением переменному току, что позволяет их использовать для усиления и генерации колебаний. Такое отрицательное сопротивление получается только на СВЧ, на более низких частотах оно не возникает.

Допустим, к ЛПД приложено постоянное обратное и некоторое переменное напряжение. При положительной полуволне обратного напряжения в режиме пробоя происходит лавинообразное нарастание тока – «электрическая лавина». Вследствие инерционности процессов в полупровод­никах этот ток достигает максимума с некоторым запаздыванием по отношению к вызвавшей его полуволне переменного напряжения. Под действием постоянного напряжения «лавина» продолжает двигаться и в течение следующего, отрицательного полупериода. Таким образом, импульс тока, соответствующий лавине, противоположен по знаку отрицательной полуволне переменного напряжения. Следовательно, для переменного тока возникает отрицательное сопротивление. На более низких частотах инерционность слишком мала, и запаздывание импульса тока также мало, поэтому отрицательное сопротивление отсутствует.

3ys.ru

Разновидности диодов

Количество просмотров публикации Разновидности диодов - 110

Учитывая зависимость отназначения и свойств различают выпрямительные диоды, стабилитроны, высокочастотные диоды, импульсные диоды, варикапы, диоды Шоттки, светодиоды, фотодиоды, диодные оптроны и т. п.

Выпрямительные диоды используют в схемах преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный ток. Как правило, это плоскостные диоды средней и большой мощности. В высокочастотных и импульсных маломощных цепях электронных устройств используют точечные диоды: кремниевые типа КД или 2Д и германиевые

типа ГД или 1Д, из арсенида галлия типа 3Д. К примеру, диоды ГД107А, КД203Д рассеивают мощность Р от 1 до 1,5 Вт, а диод КД512А — мощность P > 1,5 Вт.

К маломощным относят диоды с мощностью рассеивания до 0,3 Вт, к диодам средней мощности от 0,3 до 10 Вт, диоды большой мощности с мощностью рассеяния P>10 Вт.

Основные параметры выпрямительных диодов:

Iпр - прямой ток;

Uпр — прямое напряжение;

Iпрmax - максимальный допустимый прямой ток;

Uобр.mах — максимальное допустимое обратное напряжение;

Iобр - обратный ток, который нормируется при определœенном обратном напряжении.

Сегодня выпускаются так называемые диодные столбы, в которых для увеличения обратного напряжения последовательно соединœены от 5 до 50 диодов с допустимым обратным напряжением от 2 до 40 кВ.

Стабилитроны или опорные кремниевые диоды предназначены для использования в параметрических стабилизаторах напряжения (рис. 13). Рабочим участком ВАХ стабилитрона является участок обратной её ветви, соответствующий области обратного электрического пробоя p-n-перехода (рис. 13) и ограниченный минимальным и максимальным значениями тока.

Рисунок 13 Схема включения стабилитрона и его ВАХ

При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне Uобр незначительно изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона Iст . По этой причине при изменении входного напряжения изменяется в основном напряжение на балластном резисторе Rб, напряжение на нагрузке R почти не изменяется.

При прямом включении стабилитрон может рассматриваться как обычный диод, однако в связи с повышенной концентрацией примесей напряжение Uпр = 0,3…0,4 В мало изменяется при значительных изменениях прямого тока Iпр. Прибор, в котором используется прямая ветвь в схемах стабилиза-ции напряжения, называют стабистором.

Высокочастотные диоды — приборы универсального назначения (для выпрямления токов в широком диапазоне частот — до сотен мегагерц, генерации колебаний СВЧ_диапазона, модуляции сигналов, детектирования и других нелинœейных преобразований).

Импульсные диоды используют в ключевых схемах при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросœекунды и доли микросœекунд). Важным моментом является инœерционность включения и выключения диодов (малая длительность рекомбинации носителœей заряда — восстановление обратного сопротивления за счёт уменьшения так называемой барьерной ёмкости Сбар p-n-перехода).

Варикапы — это полупроводниковые диоды, предназначенные для использования их ёмкости, управляемой обратным напряжением Uобр (рис. 14).

Рисунок 14- ВАХ варикапа

В общем случае диод обладает барьерной и диффузионной ёмкостями. Барьерная ёмкость проявляется при приложении к p-n-переходу обратного изменяющегося во времени напряжения. При этом через p-n-переход протекает ток. Та доля тока (ток смещения), которая не связана с движением носителœей заряда через p-n-переход, и определяет барьерную ёмкость

(появление тока смещения связано с изменением объёмного заряда). Объёмный заряд в p-n-переходе должна быть положительным и отрицательным.

Диффузионную ёмкость обычно связывают с изменением заряда инжектированных небазовых носителœей при изменении напряжения на диоде. В качестве варикапов используют диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная ёмкость. Для различных варикапов ёмкость должна быть от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад. Варикапы применяют в основном в устройствах высоких и сверхвысоких частот, к примеру, для настройки колебательных контуров.

Диоды Шоттки — это полупроводниковые приборы, в которых используются свойства потенциального барьера (барьера Шоттки) на контакте металл — полупроводник.

В рассматриваемых диодах из-за разной высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок нет инжекции небазовых носителœей заряда, нет и таких медленных процессов, как накопление и рассасывание небазовых носителœей в базе. В результате инœерционность диодов с выпрямлением на контакте металл —полупроводник определяется величиной барьерной ёмкости выпрямляющего контакта (Cбар = 1 пФ). Вместе с тем, у этих диодов

незначительные активные потери (прямое напряжение Uпр = 0,4 В,

что на 0,2 В меньше, чем у обычных диодов). ВАХ диодов Шоттки — строгая экспонента (рис. 15).

Рисунок 15-ВАХ диода Шотки

По причине того, что барьерная ёмкость и последовательное активное сопротивление в таких диодах небольшие, соответственно мало

и время перезарядки ёмкости; это даёт возможность использовать

диоды Шоттки в качестве сверхскоростных импульсных диодов (f = 3-15 ГГц), к примеру, в некоторых схемах в качестве быстродействующих логарифмических элементов и в мощных высокочастотных выпрямителях, в которых диоды способны работать на частотах до 1 МГц при Uобр = 50В и Iпр=10А.

Туннельные диоды — это полупроводниковые приборы (не имеющие p-n-перехода), использующие эффект Ганна — возникновение на ВАХ участка отрицательного дифференциального сопротивления (рис. 16).

Рисунок 16-ВАХ туннельного диода

Отношение токов Imax / Imin = 5...10. Это свойство диодов Ганна используют при разработке усилителœей, генераторов синусоидальных и релаксационных колебаний, в переключающих устройствах с частотами от 100 МГц до 10 ГГц.

Светодиоды — это излучающие полупроводниковые приборы (индикаторы), предназначенные для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

В корне принципа функционирования светодиодов лежит преобразование электрической энергии в электромагнитное излучение, спектр которого полностью или частично лежит в видимой области, диапазон длин волн которой составляет 0,45-0,68 мкм.

Светодиодная структура представляет собой р-п-переход, в котором при протекании прямого тока в несколько миллиампер в обеих областях перехода происходит рекомбинация инжектированных электронов и дырок, но наиболее эффективное преобразование инжектированных электронов в световую энергию протекает в базовой р-области.

Максимальное значение энергии, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может выделиться при рекомбинации, равно ширинœе запрещённой зоны данного полупроводника. В полупроводниковых материалах с шириной запрещённой зоны менее 1,8 эВ может возбуждаться излучение с длиной волны более 0,7 мкм, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ лежит за пределами диапазона длин волн видимого света. По этой причине основными полупроводниковыми материалами, применяемыми для изготовления серийных светодиодов, являются фосфид галлия GaP), твёрдые растворы (GaAsP, GaAlP) и карбид кремния (SiC) с шириной запрещённой зоны более 2 эВ. Условное изображение и яркостная характеристика В(Iпр) све_

тодиода, где В — яркость света в канделах, приведены на рис. 17.

Рисунок 17-ВАХ светодиода

Фотодиод — это полупроводниковый прибор с p-n-переходом,

обратный ток которого зависит от освещенности Ф (рис. 18, а).

Рисунок 18-ВАХ фотодиода Рисунок 19-ВАХ диодного

оптрона

При поглощении квантов света в p-n-переходе или в прилегающих к нему областях кристалла полупроводника образуются новые носители заряда (пары электрон-дырка), в связи с этим обратный ток (фототок) через фотодиод при освещении возрастает.

С увеличением светового потока Ф сопротивление перехода уменьшается (рис. 18, б).

Приборы, предназначенные для использования этого явления, называют фоторезисторами, а транзисторы и тиристоры, реагирующие на эффект облучения световым потоком и способные одновременно усиливать фототок, называют соответственно фототранзисторами и фототиристорами.

Диодные оптроны — это приборы, состоящие из оптически связанных между собой элементов оптронной пары (управляемого светодиода и принимаю-щего излучение фотодиода) и предназначенные для выполнения функциональных электрических и оптических преобразований.

На рис. 19, а изображена схема диодного оптрона с внутренней прямой оптической связью. Изменение входного тока Iвх через светодиод сопровождается изменением яркости его свечения и изменением освещенности фотодиода, что приводит к уменьшению сопротивления фотодиода и соответственно к увеличению тока Iвых через выход оптрона (рис. 19, б).

Важным свойством такого оптрона является полная электрическая развязка входа и выхода прибора, что исключает обратную электрическую связь с его выхода на вход.

referatwork.ru

Разновидности диодов и их обозначение. Классификация и система обозначений полупроводниковых диодов

В механике есть такие устройства, которые пропускают воздух или жидкость только в одном направлении. Вспомните, как вы накачивали колесо велосипеда или автомобиля. Почему, когда Вы убирали шланчик насоса, воздух не выходил из колеса? Потому что на камере, в пипочке, куда вы вставляете шланг насоса, есть такая интересная фиговинка - ниппель . Вот он как раз пропускает воздух только в одном направлении, а в другом направлении блокирует его прохождение.

Электроника - эта та же самая гидравлика или пневматика. Но весь прикол заключается в том, что в электронике вместо жидкости или воздуха используется электрический ток. Если провести аналогию: бачок с водой - это заряженный , шланг - это провод, - это колесо с лопастями

которое невозможно сразу разогнать, а потом невозможно резко остановить.

Тогда что такое ниппель в электронике? А ниппелем мы будем называть радиоэлемент - диод . И в этой статье мы познакомимся с ним поближе.

Полупроводниковый диод представляет из себя элемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. Это своеобразный ниппель;-). Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по другому:

Есть также и исполнение диодов:

Диод имеет два вывода , как и резистор, но у этих выводов, в отличие от резистора, есть определенные названия - анод и катод (а не плюс и минус, как говорят некоторые неграмотные электронщеги). Но как же нам определить, что есть что? Есть два способа:

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской , отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в статье.

Если подать на анод плюс, а на катод минус, то у нас диод "откроется" и электрический ток спокойно по нему потечет. А если же на анод подать минус, а на катод - плюс, то ток через диод не потечет. Своеобразный ниппель;-). На схемах простой диод обозначают вот таким образом:

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки;-).

Диоды оцениваются по двум основным параметрам: предельному обратному напряжению (Uобр) и максимальной силой тока (Imax ), проходящей через него. Предельное обратное напряжение представляет собой максимальное напряжение на выводах диода, приложенное к нему в закрытом состоянии, то есть на анод минус, а на катод - плюс.Максимальный рабочий ток представляет собой ток при прямом включении диода, который диод может выдержать, не выходя из строя.

Существуют также иные виды диодов:стабилитроны (диоды Зенера), светодиоды, тиристоры. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них. ..

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение . Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В диода используется положительная ветвь - прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ - обратное направление. Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры - . Главный параметр стабилитрона - это напряжение стабилизации (Uст) . Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон - это минимальный и максимальный ток (I min, Imax) . Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Более подробно про стабилитроны можно прочитать в статье.

Светодиоды - особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет - это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже. Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (I max ) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменника и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии, но стоят до сих пор очень дорого.

kgrant.ru

Классификация диодов [править]Типы диодов по назначению

Вопрос №7. Маркировка ламп

лампы накаливания 

Приняты следующие обозначения ламп.

Первые буквы:

• В — вакуумная лампа;

• Б — биспиральная лампа с аргоновым наполнителем;

• Г — газонаполненная лампа с аргоновым наполнителем.

Остальные буквы:

• Н — колба лампы содержит окись неодима для улучшения спектра излучения;

• БК — биспиральная лампа с криптоновым наполнителем;

• РН — различного назначения;

• О — опаловая, колба молочно–белого цвета;

• С — стекло колбы имеет синий цвет.

Далее:

• 215–225 В (или иной) — диапазон напряжения, в котором рекомендуется эксплуатировать лампу;

• 60 Вт (или иная) — потребляемая электрическая мощность;

• Е27 — тип цоколя: Е — винтовой диаметром 27 мм.

Лампы люминесцентные

Лампы люминесцентные предназначены для общего и местного освещения в закрытых помещениях. Они питаются от лампа сети переменного тока напряжением 127 и 220 В и частотой 50 Гц. Включаются в сеть вместе с пускорегулирующей аппаратурой, обеспечивающей зажигание лампы, нормальный режим работы и устранение радиопомех. Тип цоколя — G13 (G8 для ламп малой мощности).

Световая отдача люминесцентных ламп в несколько раз больше, чем у ламп накаливания. Представляют собой стеклянную вакуумированную трубку–колбу, наполненную парами ртути низкого давления. Стенки трубки изнутри покрыты слоем люминофора. Пары ртути в электрическом разряде излучают свет главным образом в ультрафиолетовом диапазоне.

Излучение разряда поглощается люминофором и переизлучается в видимую область спектра. Используют люминесцентные лампы мощностью 4, 6, 8, 13, 14, 16, 18, 20, 30, 36, 40, 65 и 80 Вт.

Цифры и буквы в наименовании ламп обозначают:

• Л — люминесцентная лампа;

• Ц — лампа с улучшенной цветопередачей;

• Д — лампа дневной цветности;

• Б — лампа белой цветности;

• ТБ — лампа тепло–белая;

• У — лампа универсальная;

• Э — лампа экологическая.

Ртутная лампа

В газоразрядных лампах высокого давления источником света служит дуговой разряд в парах металлов лампавысокого давления. В зависимости от сорта паров металла светоотдача в расчете на единицу затраченной электроэнергии в 10–20 раз больше, чем у ламп накаливания. Стеклянная колба с цоколем типа Е27, Е40 или с различными специальными цоколями имеет форму цилиндра или эллипсоида.

У ртутных ламп колба покрыта изнутри люминофором, преобразующим ультрафиолет в видимый свет. Внутри колбы помещен так называемый реактор с двумя электродами и подводящими токопроводами. В нем заключены пары металла и формируется дуговой разряд. Для горения лампы необходима, как правило, особая пускорегулирующая аппаратура (ПРА), которая поджигает и поддерживает дуговой разряд.

В ртутных лампах горение дугового разряда происходит в парах ртути высокого давления. Лампы используют для общего освещения промышленных помещений и открытых пространств. Они питаются через пускорегулирующие аппараты от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

Буквы в маркировке обозначают:

Натриевая лампа

Горение дугового разряда осуществляется в парах натрия. Лампа излучает характерный желтый свет. Как правило, натриевые лампы горят примерно в полтора–два раза дольше ртутных.

Лампы разрядные натриевые созданы для применения в светильниках наружного и внутреннего освещения. Они включаются в сеть переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц последовательно с балластным дросселем. Параллельно с лампой включается универсальное зажигающее устройство.

Буквы в маркировке:

Вопрос №8. Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) или кинескоп – электронный прибор, предназначенный для превращения электрических сигналов в световые. ЭЛТ являются основной частью телевизора.

Принцип работы электронно-лучевой трубки

Электронный луч образуется в электронной пушке, где помещен катод, который и испускает поток электронов. Для того, чтобы образовался поток, катод нагревают специальной нитью накала. В пушке располагается так называемый «управляющий электрод», который способен увеличивать или уменьшать напряжение.

Если увеличить напряжение, то и интенсивность электронного луча тоже увеличится, а следовательно, изображение на экране будет ярче. Уменьшение напряжения на управляющем электроде приводит к формированию более тусклого изображения. На выходе из электронной пушки располагается анод, который представляет собой трубу в виде конуса. Здесь (в аноде) электронный луч ускоряется.

Выйдя из анода, электронный луч попадает в отклоняющую систему, которая представляет собой либо систему магнитов, либо электростатическая система. С помощью этой системы направление луча изменяется. Конечным пунктом пути электронного луча является экран кинескопа. Слой люминофора способен самостоятельно испускать электроны (светиться), если на него воздействует электронный луч. Таким образом происходит превращение электрический импульсов в световые импульсы.

Вопрос №9. Полупроводниковый диод 

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

• Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

• Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

• Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала

• Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

• Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

• Параметрические

• Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения. [2]

• Умножительные

• Настроечные

• Генераторные

[Править]Типы диодов по размеру перехода

• Плоскостные

• Точечные

[Править]Типы диодов по конструкции

• Диоды Шоттки

• СВЧ-диоды

• Стабилитроны

• Стабисторы

• Варикапы

• Светодиоды

• Фотодиоды

• Pin диод

• Лавинный диод

• Лавинно-пролётный диод

• Диод Ганна

• Туннельные диоды

• Обращённые диоды

Вопрос №10. Полупроводниковый р-н переход

p-n-Перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов,триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Области пространственного заряда

В полупроводнике p-типа концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — носители заряда, хаотично двигаясь, перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При такой диффузии электроны и дырки переносят с собой заряд. Как следствие, область на границе станет заряженной, и область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получит дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получит положительный заряд, приносимый дырками. Таким образом, граница раздела будет окружена двумя областями пространственного заряда противоположного знака.

Электрическое поле, возникающее вследствие образования областей пространственного заряда, вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие, и перетекание зарядов прекращается.

Вопрос №11. ВАХ полупроводникового диода.

Как следует из соотношения (2.16) и рисунка 2.17, вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых напряжений ток p-n перехода диффузионный и экспоненциально возрастает с ростом приложенного напряжения. В области отрицательных напряжений ток p-n перехода - дрейфовый и не зависит от приложенного напряжения.

Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р — n-переходом: U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*oбр и I*oбр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт — напряжение стабилизации

Вопрос №12. Стабилитрон.

Стабилитрон (диод Зенера) — полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Материалы, используемые для создания p-n перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию легирующих элементов (примесей). Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).

Характеристики стабилитронов:

Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации. Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение стабилизации стабилитрона зависит от толщины p-n-перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В).

Температурный коэффициент напряжения стабилизации - величина, определяемая отношением относительного изменения температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации. Значения этого параметра у различных стабилитронов различны. Коэффициент может иметь как положительные так и отрицательные значения для высоковольтных и низковольтных стабилитронов соответственно. Изменение знака соответствует напряжению стабилизации порядка 6В.

Дифференциальное сопротивление - величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность - максимальная постоянная или средняя мощность, рассеиваемая на стабилитроне, при которой обеспечивается заданная надёжность.

Вопрос №13. Стаби́стор. Варикап.

Стаби́стор (ранее нормистор) — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации[1], которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов.

Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Основная часть стабисторов — кремниевые диоды. Кроме кремниевых стабисторов промышленность выпускает и селеновые поликристаллические стабисторы, которые отличаются простотой изготовления, а значит, меньшей стоимостью. Однако селеновые стабисторы имеют меньший гарантированный срок службы (1000 ч) и узкий диапазон рабочих температур.

Варикап (от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acity) — «ёмкость») — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты,частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

Вопрос №14. Тири́стор.

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Тиристор имеет нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

studfiles.net

II. Некоторые виды диодов, их назначение и основные характеристики

В зависимости от основного назначения и вида используемого явления в р-n– переходе, различают шесть основных функциональных типов электропреобразовательных полупроводниковых диодов (см. п. Классификация). Каждый тип диода содержит ряд типономиналов, регламентированных соответствующим ГОСТом.

Прежде всего следует различать точечные, плоскостные и поликристаллические диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n перехода, такого же порядка как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщины перехода.

Точечные диоды имеют малую емкость p-n перехода и поэтому применяются на любых частотах вплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более единиц или нескольких десятков миллиампер. Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и более.

Поэтому их применяют на частотах не более десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер и больше.

Основой точечных и плоскостных диодов являются пластинки полупроводника, вырезанные из монокристалла, имеющего во всем своем объеме правильное кристаллическое строение. В качестве полупроводниковых веществ для точечных и плоскостных диодов применяют чаще всего германий и кремний, а в последнее время также и арсенид галлия и карбид кремния. Поликристаллические диоды имеют p-n переход, образованный полупроводниковыми слоями, состоящими из большого количества кристаллов малого размера, различно ориентированных друг относительно друга и поэтому не представляющих собой единого монокристалла. Эти диоды бывают селеновыми, медно-закисные (купоросные) и титановые. Принцип устройства точечного диода показан на рисунке (6а). В нем тонкая заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью приваривается при помощи импульса тока к пластинке полупроводника с определенным типом электропроводности. При этом из иглы в основной полупроводник диффундируют примеси которые создают в нем область с другим типом проводимости. Это процесс называется формовкой диода. Таким образом, около иглы получается мини p-n переход полусферической формы. Следовательно, принципиальной разницы между точечными и плоскостными диодами нет. В последнее время появились еще так называемые микро плоскостные или микросплавные диоды, которые имеют несколько больший по плоскости p-n переход, чем точечные диоды(6б).

Плоскостные диоды изготавливаются, главным образом, методами сплавления диффузии. Для примера на рисунке 7а показан принцип устройства сплавного германиевого диода. В пластинку германияn-типа вплавляют при температуре около 500 градусов каплю индия, которая сплавляясь с германием, образует слой германия p-типа.

К плоскостным диодам относятся селеновые выпрямители (рис.8). Основой такого диода служит стальная шайба, покрытая, с одной стороны слоем селена, который является полупроводником с дырочной проводимостью. Поверхность селена покрыта слоем кадмия, вследствие чего образуется переход, выпрямляющий ток. Чем больше площадь, тем больше выпрямляемый ток.

Следует отметить, что сплавным методом получают так называемые резкие или ступенчатые p-n переходы, в которых толщина области изменения концентрации примесей значительно меньше толщины области объёмных зарядов, существующих в переходе.

studfiles.net

Марки диодов и их характеристики. Диоды и их разновидности

В механике есть такие устройства, которые пропускают воздух или жидкость только в одном направлении. Вспомните, как вы накачивали колесо велосипеда или автомобиля. Почему, когда Вы убирали шланчик насоса, воздух не выходил из колеса? Потому что на камере, в пипочке, куда вы вставляете шланг насоса, есть такая интересная фиговинка - ниппель . Вот он как раз пропускает воздух только в одном направлении, а в другом направлении блокирует его прохождение.

Электроника - эта та же самая гидравлика или пневматика. Но весь прикол заключается в том, что в электронике вместо жидкости или воздуха используется электрический ток. Если провести аналогию: бачок с водой - это заряженный конденсатор , шланг - это провод, катушка индуктивности - это колесо с лопастями

которое невозможно сразу разогнать, а потом невозможно резко остановить.

Тогда что такое ниппель в электронике? А ниппелем мы будем называть радиоэлемент - диод . И в этой статье мы познакомимся с ним поближе.

Полупроводниковый диод представляет из себя элемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. Это своеобразный ниппель;-). Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Диод имеет два вывода , как и резистор, но у этих выводов, в отличие от резистора, есть определенные названия - анод и катод (а не плюс и минус, как говорят некоторые неграмотные электронщеги). Но как же нам определить, что есть что? Есть два способа:

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской , отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Если подать на анод плюс, а на катод минус, то у нас диод "откроется" и электрический ток спокойно по нему потечет. А если же на анод подать минус, а на катод - плюс, то ток через диод не потечет. Своеобразный ниппель;-). На схемах простой диод обозначают вот таким образом:

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки;-).

Диоды оцениваются по двум основным параметрам: предельному обратному напряжению (Uобр) и максимальной силой тока (Imax ), проходящей через него. Предельное обратное напряжение предста

tanders.ru

Классификация и разновидности полупроводниковых диодов

Читать все новости ➔

Полупроводниковый диод представляет собой p-n-переход, имеющий два вывода – от p- и от n-области, помещенный в герметичный корпус.По своему назначению диоды делятся на выпрямительные, высокочастотные и импульсные.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования перемен­ного тока низкой частоты в постоянный. Такие функциональные узлы на­зываются выпрямителями. Возможная схема выпрямителя изображена на рис. 3.1.

В положительный полупериод напряжения ди­од оказывается включен­ным в прямом направ­ле­нии, его сопротивление мало и все входное на­пряжение прикладывается к нагрузке.В отрицательный полупериод диод включен в обратном направлении, имеет большое сопротивление. Ток в цепи и напряжение на R близки к нулю. Таким образом, на нагрузке будет пульсирующее напряжение, содержащее постоянную составляющую.

Пригодность выпрямительных диодов к применению характеризуется электрическими параметрами, соответствующими номинальному (уста­новленному стандартом или техническими условиями) и предельно допус­тимому режимам работы, а также величинами, определяющими механиче­скую и климатическую устойчивость диодов. Электрическими параметрами диодов являются: прямой ток Iпр, выпрямленный Iср (среднее за период значение тока через диод в однополупериодной схеме выпрямителя с ак­тивной нагрузкой), обратный ток I0; прямое Uпр и обратное Uобр напряже­ния, емкость диода при обратном смещении. К параметрам предельного режима работы диода, при которых обеспечивается заданная надежность при длительной работе относятся: наибольшее обратное напряжениеUобр макс, наибольший выпрямленный ток Iср.макс, предельная частота выпрямле­ния fмакс, наибольшая температура корпуса tк макс.

Для выпрямления переменных напряжений на частотах, значительно больших, чем промышленная, используются высокочастотные диоды.

Выпрямительные свойства диода с увеличением частоты ухудшаются из-за емкостей диода. Высокочастотные диоды имеют малую емкость, кото­рая является одним из основных параметров этих диодов. Уменьшение емкости достигается уменьшением площади p-n-перехода. Кроме емкости высокочастотные диоды характеризуются теми же параметрами, что и выпрямительные диоды. Как правило, высокочастотные диоды работают при малых токах и напряжениях.

Для работы в режиме переключения применятся импульсные диоды. Они используются в импульсных схемах, имеют хорошие высокочастотные свойства и малую длительность переходных процессов. Импульсные диоды должны работать, как правило, при токах больших, чем высокочас­тотные диоды. С увеличением прямого тока возрастает роль инерционных процессов в электронно-дырочном переходе. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

При протекании через диод прямого тока в базе вблизи перехода соз­дается избыточная концентрация неосновных носителей заряда. Этот за­ряд тем больше, чем больше прямой ток и время жизни неосновных носи­телей в базе. После прекращения прямого тока неравновесный заряд не может исчезнуть мгновенно и сохраняется в базе в течение некоторого времени, порядка времени жизни неосновных носителей.

При быстром изменении прямого напряжения на обратное в первый момент наблюдается резкое увеличение обратного тока по сравнению с установившимся значением, а следовательно, и снижение обратного со­про­тив­ления. Возникновение броска обратного тока обусловлено тем, что избыточные неосновные носители, находящиеся в базе, вытягиваются по­лем перехода обратно в ту область, где они являются основными. Лишь после того, как концентрация неосновных носителей достигнет своего рав­но­вес­но­го значения за счёт рекомбинации, ток спадает до своего устано­вившегося значения. Это время называется временем восстановления об­ратного сопротивления  обр и является важным параметром импульсных диодов.

Наличие избыточной концентрации носителей заряда в базе приводит к снижению прямого сопротивления диода. После подачи на диод прямого напряжения электропроводность базы будет возрастать постепенно по мере ее заполнения носителями. Поэтому прямое сопротивление диода в переходном режиме оказывается большим, чем в статистическом. Интер­вал времени между началом протекания тока и моментом, когда напряже­ние на диоде достигнет величины 1,2 от установившегося значения, назы­вают временем установления прямого сопротивления τпр . Оно также явля­ется важным параметром импульсных диодов. Для уменьшения τобр и τпр в импульсных диодах уменьшают толщину базы и вводят примеси, сни­жающие время жизни носителей заряда в базе.

В настоящее время широко применяются диоды с р-i-n-структурой, в которой две сильнолегированные области р- и n-типа разделены доста­точно широкой областью с проводимостью, близкой к собственной (i-я об­ласть). Заряды донорных и акцепторных ионов расположены вблизи гра­ниц i-й области. Распределение электрического поля в ней в идеальном случае можно считать однородным (в отличие от обычного р-n-перехода). Таким образом, i-область с низкой концентрацией носителей заряда, но обладающей диэлектрической проницаемостью можно принять за конден­сатор, «обкладками» которого являются узкие (из-за большой концентра­ции носителей в р- и n-областях) слои зарядов доноров и акцепторов. Барьерная емкость р-i-n-диода определяется размерами i-го слоя и при дос­таточно широкой области от приложенного постоянного напряжения прак­тически не зависит.

Особенность работы р-i-n-диода состоит в том, что при прямом напря­жении одновременно происходит инжекция дырок из р-области и электро­нов из n-области в i-область. При этом его прямое сопротивление резко падает. При обратном напряжении происходит экстракция носителей изi-й области в соседние области. Уменьшение концентрации приводит к до­полнительному возрастанию сопротивления i-й области по сравнению с рав­новесным состоянием. Поэтому для р-i-n-диода характерно очень большое отношение прямого и обратного сопротивлений, что при использовании их в переключательных режимах.

В качестве высокочастотных универсальных используются структуры с Шоттки и Мотта. В этих приборах процессы прямой проводимости опреде­ляются только основными носителями заряда. Таким образом, у рассмат­риваемых диодов отсутствует диффузионная емкость, связанная с накоп­лением и рассасыванием носителей заряда в базе, что и определяет их хорошие высокочастотные свойства.

Отличие барьера Мотта от барьера Шоттки состоит в том, что тонкийi-й слой создан между металлом М и сильно легированным полупроводником n+, так что получается структура М-i-n. В высокоомном i-м слое падает все приложенное к диоду напряжение, поэтому толщина обедненного слоя в n+-области очень мала и не зависит от напряжения. И поэтому барьерная емкость практически не зависит от напряжения и сопротивления базы.

Наибольшую рабочую частоту имеют диоды с барьером Мотта и Шоттки, которые в отличие от р-n-перехода почти не накапливают неос­новных носителей заряда в базе диода при прохождении прямого тока и поэтому имеют малое время восстановления tвост (около 100 пс).

Разновидностью импульсных диодов являются диоды с накоплением заряда (ДНЗ) или диоды с резким восстановлением обратного тока (сопротивления). Импульс обратного тока в этих диодах имеет почти прямоуголь­ную форму (рис.3.2). При этом значение t1, может быть значи­тель­ным, но t2 должно быть чрезвычайно малым для использования ДНЗ в быстродействующих импульсных устройствах.

Получение малой длительности t2 связано с созданием внутреннего поля в базе около обедненного слоя р-n-перехода путем неравномерного распределения примеси. Это поле является тормозящим для носителей, пришедших через обедненный слой при прямом напряжении, и поэтому препятствует уходу инжектированных носителей от границы обедненного слоя, заставляя их концентрироваться около гра­ницы. При подаче на диод обратного напряжения (как и в обычном диоде) происходит рассасывание накопленного в базе заряда, но при этом внутреннее электрическое поле уже будет способствовать дрейфу неосновных носителей к обедненному слою перехода. В момент t1, когда концентрация избыточных носителей на границах перехода спадает до нуля, оставшийся избыточный заряд неос­новных носителей в базе становится очень малым, а, следовательно, ока­зывается малым и время t2 спадания обратного тока до значения I0.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

---

• 
  И континент и страна
• 
  Косвенные измерения пример
• 
  Back ups 500
• 
  Замена батарей отопления в квартире сколько стоит
• 
  Ваттметр трехфазный
• 
  Конденсатор принцип работы
• 
  Сервоприводы что такое
• 
  Формула расчета ампеража по мощности
• 
  Кто отвечает за освещение улиц
• 
  Единица измерения в си работы
• 
  Рэс цао