Полупроводниковый диод. ВАХ специальных диодов.

Существует три вида диодов:

- газонаполненные;

- электровакуумные;

- полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.

В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, поэтому его электропроводность, как и у диэлектрика крайне мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость увеличится. Для того чтоб заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень малое количество примеси – 1 атом примеси на 106 атомов полупроводника. Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.

 Если электрон освободился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона появилась новая дырка. Электроны двигаются от отрицательного к положительному потенциалу, а дырки можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении. Также дырки можно рассматривать как элемент положительного заряда. Примеси, которые образовывают свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые делают дырки – акцепторными. Процесс заполнения неполных валентных связей называется рекомбинация.

Проводимость диода

Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода

p-n переход – это переходной слой, полученный на границе полупроводников разной проводимости.

Различают два типа перехода:

- плоскостной;

- точечный.

Принцип работы полупроводникового диода основан на особенности p-n перехода - ярко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).

На основании представленных характеристик материалов создан полупроводниковый прибор – диод.

Обозначение диода

Рисунок 2 – Обозначение диода

Обозначение диода в электрических схемах – VD.

Основные электрические параметры диода:

1. Іном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.

2. Максимальный импульсный ток – Іі.max.

3. Обратное максимальное напряжение Uобр.

Прямое и обратное напряжение диода

Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям в воздухе, поэтому их размещают в герметичном корпусе из стекла или керамики.

Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток - черная кривая, напряжение - красная):

Ток и напряжение на диоде

Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде

            С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет малое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает мгновенно, переставая пропускать через себя ток.

            Широко применяются при необходимости преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение будет иметь пульсирующий вид, как изображено на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же применять диодный мост, то будет осуществлено двухполупериодное выпрямление. В полученном пульсирующем напряжении для электрических приборов будет важно действующее значение напряжения. Для трехфазных сетей применяют выпрямитель Ларионова.

  

 Специальные диоды

 Стабилитрон – разновидность диода, которому характерна вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначен продолжительно работать.

Стабилитрон

ВАХ стабилитрона

 Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона

             Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.

Основные характеристики: Uстабилизации, Іmin, Imax– граничные значения тока через стабилитрон.

         Туннельный диод – это диод, которому характерно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно увеличивается выходное значение тока. Напряжение пробоя такого полупроводника практически равно нулю.

Туннельный диод

ВАХ туннельного диода

Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода

            Используются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.

            Динистор – специальный диод, который сохраняет высокое сопротивление до определенного значения прямого напряжения, после чего сопротивление резко спадает и равно величине сопротивления открытого диода.

Динистор

 Вольтамперная характеристика динистора

 

           Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора

            Используют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.

            Варикап – диод, у которого изменяется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.

Варикап

ВАХ варикапа

 Рисунок 7 – ВАХ варикапа

            Применяются в электрических схемах, где необходима настройка частоты контура колебания, деление или умножение частоты.

            Характерные для варикапа параметры:

            - общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;

            - коэффициент перекрытия по емкости – при двух некоторых значениях напряжения отношения емкостей варикапа.

            - температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.

            - предельная частота – та, на которой реактивная составляющая варикапа становится равна активной.

Фотодиод – спец диод, обратная проводимость которого изменяется от величины светового потока Ф.

Фотодиод

ВАХ фотодиода

Рисунок 8 – ВАХ фотодиода

Используются в измерителях светового потока и приборах автоматики.

Светодиод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении электрического тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.

Отличительной особенностью светодиода является экономичность – очень малое потребление тока (2-5мА).

 

Добавить комментарий

Общайтесь культурно

Ваше имя:

Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика