Специальные типы полупроводниковых диодов реферат

Обновлено: 02.07.2024

Разновидности полупроводниковых диодов. К специальным полупроводнико­вым диодам относятся приборы, в которых используются особые свойства р-п-переходов. управляемая полупроводниковая емкость — варикапы и варакторы, зенеровский и лавинный прибой — стабилитроны, туннельный эффект — туннель­ные и обращенные диоды, фотоэффект — фотодиоды, фотонная рекомбинация 0носителей зарядов — светодиоды; многослойные диоды — динисторы. Кроме того, к диодам^ относят некоторые типы приборов с тремя выводами, такие, как тиристоры и двухбазовые диоды.

Варикапы — это полупроводниковые диоды, в которых используется барьер­ная емкость ^-«-перехода. Эта емкость зависит от приложенного к диоду обратно­го напряжения и с увеличением его уменьшается. Добротность барьерной емкости варикапа может быть достаточно высокой, так как она шунтируется достаточно высоким сопротивлением диода при обратном смещении.

Схематическое изображение варикапа приведено на рис. 3.1 а, а его вольт-фарадная характеристика — на рис. 3.1 б. Условное обозначение варикапа со­держит из пять элементов. Первый элемент обозначает материал, из которого изготовлен варикап (К — кремний). Второй элемент обозначает принадлежность диода к подклассу варикапов (В — варикап). Третий элемент — цифра, определя­ющая назначение варикапа (1 — для подстроечных варикапов, 2 — для умножи-тельных варикапов). Четвертый элемент — это порядковый номер разработки. И наконец, пятый элемент — соответствует разбраковке по параметрам. Так, например, на рис. 3.1 б приведена характеристика варикапа КВ117А.

Теоретическое значение емкости варикапа можно определить по формуле

где Со — начальная емкость варикапа при С/д=0, !7д — напряжение на варикапе, Ук — контакная разность потенциалов.

Основными параметрами варикапа являются: его начальная емкость Со, до­бротность Ос, коэффициент перекрытия по емкости Кс. Добротность варикапа определяется отношением реактивной мощности варикапа б к мощности Р:

Рис. 3.1. Схематическое изображение варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от обратного напряжения (б)

· В дальнейшем все диоды (т. е. двухэлектродные приборы с п-р-переходом) обозначаются КД или О, как на рис. 3.1.

Рекомендуемые материалы

Коэффициент перекрытия по емкости определяется как отношение макси­мальной емкости С„ах варикапа к его минимальной емкости С^т

Кроме этого, часто указывают температурный коэффициент емкости варика­па ас = АС/А Т и предельную частоту/пред, при которой добротность варикапа сни­жается до 6=1. Добротность варикапа увеличивается с увеличением обратного напряжения и с уменьшением рабочей частоты. Графики зависимости добротнос­ти варикапа КВ117А от частоты и обратного напряжения приведены на рис. 3.2.

Эквивалентная схема варикапа приведена на рис. 3.3, где Се — барьерная емкость, /?щ — сопротивление перехода и шунтирующих его утечек, обусловленных

конструкцией варикапа, К„ — сопротивление материала полупроводника,

^-и-области и контакта. Полное сопротивление варикапа определяется вы­ражением

Добротность варикапа в области низких частот в соответствии с (3.4) можно определить по формуле

из которой следует, что она растет с ростом частоты.

На высоких частотах при выполнении условия й)Сб/?щЗ>1 сопротивлением 7?„ можно пренебречь и тогда добротность варикапа зависит от частоты по формуле

т. е. она уменьшается с ростом частоты.

Отсюда следует, что добротность варикапа имеет максимум, который со­ответствует частоте

при этом максимальную добротность можно найти по формуле

На рис. 3.3 б приведены зависимости добротности б от частоты для варика-пов, изготовленных из кремния и арсенида галлия. Из графиков видно, что для варикапов из арсенида галлия оптимальная частота составляет ~ 1 кГц, в то время как для кремниевых варикапов она почти достигает 1 МГц.

Варикапы находят применение в различных электронных схемах: модулято­рах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настрой­кой, параметрических усилителях и генераторах и др. На рис. 3.4 показана схема резонансного контура с

необходимость применения разделительного конденсатора. Специально для таких схем промышленностью выпускаются сдвоенные варикапы типов КВС111 или КВС120.

Стабилитроны — это полупроводниковые диоды, работающие в режиме ла­винного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возникает электрический лавинный пробой р-п-пврехода. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопро­тивление. Если в режиме пробоя мощность, расходуемая в нем, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон может работать неогра­ниченно долго. На рис. 3.5 а показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 3.5 б приведены их вольт-амперные характеристики.

Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. На рис. 3.5 о штриховой линией показано перемещение вольт-амперных характерис­тик при увеличении температуры. Очевидно, что повышение температуры увели­чивает напряжение лавинного пробоя при 17^>5В и уменьшает его при 17^ 4 В/см имеет место лавинный пробой. Такой пробой при напряжении на переходе > 6 В имеет положительный темпера­турный коэффициент

В узких переходах при большой напряженности электрического поля (более 1,4-10^) наблюдается пробой, который называется зенеровским. Такой пробой имеет место при низком напряжении на переходе (менее 5В) и характеризуется отрицательным температурным коэффициентом При напряжении на переходе от

5 до 6 В одновременно существуют оба вида пробоя, поэтому температурный коэффициент близок к нулю. График зависимости температурного коэф­фициента ТКНсл от напряжения стаби­лизации Ц-г приведен на рис. 3.7

Основными параметрами стаби­литронов являются:

• температурный коэффициент напря­жения стабилизации ТКНсг,

• допустимый ток через стабилитрон

Рис. 3.8. Линеаризованная характеристика стабилитрона (а) и его схема замещения (б)

Кроме того, для импульсных стабилитронов нормируется время включения стабилитрона /„„л. а Для двухсторонних стабилитронов нормируется несимметрич­ность напряжений стабилизации Аи^=и^-и^-

Дифференциалы'юе сопротивление стабилитрона — это параметр, который характеризует наклон вольт-амперной характеристики в области пробоя. На рис. 3.8 а приведена линеаризованная характеристика стабилитрона, с помощью кото­рой можно определить его дифференциальное сопротивление и построить схему замещения, приведенную на рис. 3.8 б.

Используя приведенную на рис. 3.8 б схему замещения, можно рассчитать простейший стабилизатор напряжения, изображенный на рис. 3.9 а. Заменяя стабилитрон его схемой замещения, получим расчетную схему, изображенную на рис. 3.9 б. Лля этой схемы можно написать систему уравнений

В результате решения системы уравнений (3.9) получим напряжение на выхо­де стабилизатора

Подставив значение /„> получим окончательно

Из выражения (3.11) следует, что выходное напряжение стабилизатора зави­сит от напряжения на входе стабилизатора С/,х, сопротивлений нагрузки Ки и ог раничения тока /. а также параметров стабилитрона и^ и ;•„.

Условное обозначение стабилитрона включает: материал полупроводнике (К — кремний); обозначение подкласса стабилитронов (букву С); цифру, указы. вающую на мощность стабилитрона; две цифры, соответствующие напряжении:

стабилизации, и букву, указывающую особенность конструкции или корпуса Например, стабилитрон КС168А соответствует маломощному стабилитрону (то1 менее 0,3 А) с напряжением стабилизации 6,8 В, в металлическом корпусе.

Кроме стабилизации напряжения стабилитроны также используются для ог. раничения импульсов напряжения и в схемах защиты различных элементов 01 повышения напряжения на них.

Туннельные диоды. Туннельный эффект заключается в туннельном прохожде­нии тока через р-и-переход. При этом ток начинает проходить через переход прк напряжении, значительно меньшем контактной разности потенциалов. Достигает­ся туннельный эффект созданием очень тонкого обедненного слоя, который в тун­нельном диоде достигает 0,01 мкм. При таком тонком обедненном слое в нем даже при напряжении 0,6. 0,7 В напряженность поля достигает (5. '1)-'^Ысм.. При этом через такой узкий ^-и-переход протекает значительный ток

Этот ток проходит в обоих направлениях, только в области прямого смеще­ния ток вначале растет, а достигнув значения /пщ при напряжении и, затем до­вольно резко убывает до /тш при напряжении и-г. Снижение тока связано с тем, что с ростом напряжения в прямом направлении уменьшается число электронов, способных совершить туннельный переход. При напряжении

При дальнейшем повышении напряжения выше и участок дальнейшего роста тока от /дат. Очевидно, что спадающий участок, на котором положительному приращению напряжения Д(/>0 соответствует отрицательное приращение тока Д/, имеет отрицательное сопротив­ление (или отрицательную проводимость -С)

Схема замещения туннельного диода в выбранной рабочей точке на участке отрицательного сопротивления для малого сигнала имеет вид, приведенный на рис. 3.10 в. На этой схеме С — общая емкость диода в точке минимума вольт-

Рис 3 10 Вольт-амперная характеристика туннельного диода (а), его схематическое изображение (б), и схема замещения (в)

амперной характеристики, -0 — отрицательная проводимость на падающем уча­стке, /•„ — последовательное сопротивление потерь, Ь — индуктивность выводов.

Схема генератора на туннельном диоде приведена на рис. 3 11 а. В этой схеме туннельный триод ТД включается последовательно с нагрузкой и источником постоянного напряжения Е. Для возникновения колебаний в этой схеме необходи­мо выполнить два условия. Первое условие состоит в том, чтобы напряжение источника Е обеспечивало нахождение рабочей точки ТД на участке отрицатель­ного сопротивления (падающем участке). Второе условие заключается в том, что­бы отрицательное сопротивление ТД было больше положительного сопротивле­ния нагрузки Ки (т е. 1/6'>7?н).

На рис 3.11 б показано, как нужно выбирать напряжение источника питания Е при заданном сопротивлении нагрузки 7?н. На осях вольт-амперной характеристи­ки ТД откладываются две точки. На оси напряжения откладывается напряжение источника питания Е, что соотвествует напряжению на диоде при закороченной нагрузке /?„, а на оси тока откладывается ток Е/Кя, что соответствует закорочен-ному ТД Эти две точки соединяются прямой линией, которая называется на­грузочной Пересечение линии нагрузки 7?н с вольт-амперной характеристикой ТД соответствует их одинаковому току (что необходимо при последовательном их соединении) и определяет положение рабочей точки.

Как видно из рис. 3.11 б, рабочая точка на падающем участке может быть обеспечена двумя способами проведения нагрузочной линии. Нагрузочная линия 1, проведенная через точки Е и Е^/К^, пересекает вольт-амперную характе­ристику ТД в трех точках А, В и С. Очевидно, что при подключении питания к схеме первой будет рабочая точка А, в которой сопротивление ТД положительное и, следовательно, генерации не будет.

Рис 3 11 Схема генератора на туннельном диоде (а), и определение условий возникновения колебании (б)

Нагрузочная линия 2, проведенная между точками Е^ и E^/R^, пересекает вольт-амперную характеристику ТД только в одной точке В Такой выбор напря­жения питания еч и нагрузки R^ обеспечивает возможность возникновения коле­баний в схеме Для определения допустимого сопротивления нагрузки найдем отрицательное сопротивление ТД Для этого определим полное сопротивление ТД, пользуясь его схемой замещения (рис 3 10 в)

Полное активное сопротивление в схеме рис. 3 11 а будет иметь значение

Если это сопротивление удовлетворяет условию Ra 3. 1 мкА/пюкс. Темновой ток обычно невелик и имеет значение 10 2.. 1 мкА.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Введение.

Обозначение фотодиодов состоит из букв ФД и порядкового номера разра­ботки. Например, фотодиод ФД24К имеет интегральную чувствительность 0,5мкА/лк и темновой ток 1 мкА. В связи со сравнительно небольшим уровнем выходного сигнала фотодиоды обычно работают с усилителем. Усилитель может быть внешним и интегрированным вместе с фотоприемником.

· Светоцзлучающие диоды (СИД) преобразуют электрическую энергию в свето­вое излучение за счет рекомбинации электронов и дырок. В обычных диодах рекомбинация (объединение) электронов и дырок происходит с выделением тепла, т. е. без светового излучения. Такая рекомбинация вызывается фононной. В СИД преобладает рекомбинация с излучением света, которая называется фотонной. Обычно такое излучение бывает резонансным и лежит в узкой полосе частот Для изменения длины волны излучения можно менять материал, из которого изготовлен светодиод, или изменять ток. На рис. 3.15 а показано схематическое изображение светодиода, а на рис. 3.15 б приведены спектральные характеристи­ки излучения.


Рис. 315. Условное схематическое изображение светодиода (а) и спектральные характеристики излучения (б)

Для изготовления светодиодов наиболее часто используют фосфид галлия или арсенид галлия. Для диодов видимого излучения часто используют фосфид-арсе-нид галлия. Из отдельных светодиодов собирают блоки и матрицы, которые по­зволяют высвечивать изображения букв и цифр.

Инжекциотши лазер — это диод с монохроматическим излучением. Когерен­тное монохроматическое излучение обеспечивается стимулированной фотонной рекомбинацией, которая возникает при инжекции носителей заряда при опреде­ленном токе. Минимальный ток, при котором преобладает стимулированная фотонная рекомбинация, называется пороговым. При увеличении тока выше по­рогового значения происходит ухудшение монохроматического излучения.


Лекции


Лабораторные


Справочники


Эссе


Вопросы


Стандарты


Программы


Дипломные


Курсовые


Помогалки


Графические

Доступные файлы (1):

Реферат по диодам v1.6.doc

Пермский государственный технический университет

Полупроводниковые диоды.

Содержание:

Плоскостной выпрямительный диод 5

Кремниевый стабилитрон 8

Туннельный диод 11

Точечный диод 13

Импульсный диод 14

Диоды Шоттки 19

Список литературы 21

Введение

Электроника - это область науки, техники и производства, охватывающая исследование и разработку электронных приборов и принципов их использования.

Микроэлектроника - это раздел электроники, охватывающий исследование и разработку качественно нового типа электронных приборов - интегральных микросхем - и принципов их применения.

^ Развитие электроники

Как самостоятельная область науки и техники электроника начала развиваться на границе XIX и XX вв., после открытия термоэлектронной эмиссии (1883 г.), фотоэлектронной эмиссии (1888 г.), разработки вакуумного диода (1903 г.) и вакуумного триода (1904 г.).

На становление и дальнейшее развитие электроники решающее влияние оказало изобретение радио (1885 г.). Вначале электроника развивалась только как радиоэлектроника, обслуживающая нужды радиотехники. Совершенствовались радиолампы. Большую роль в развитии электроники сыграла радиолокация в годы второй мировой войны.

Нерадиотехническое применение электроники долгое время развивалось под сильным влиянием радиоэлектроники, из которой заимствовались основные элементы, схемы и методы. Однако дальнейшее развитие нерадиотехнических применений электроники пошло по самостоятельному пути, прежде всего в области ядерных исследований (с 1943 г.), вычислительной техники (с 1949 г.) и массовой автоматизации производственных процессов. Особенно важным этапом в развитии электроники является послевоенный период.

Типичной конструкцией электронного устройства в конце войны было металлическое шасси с закрепленными на нем различными элементами. Основным электронным прибором была электронная лампа. Электронные устройства такой конструкции потребляли много энергии, выделяя много тепла, имели большой вес и габариты.

Средняя плотность монтажа была чрезвычайно низкой - до 0,01 элемента/см 3 . Развитие авиации и ракетостроения особенно остро поставило задачу значительного уменьшения габаритов и веса, снижения потребляемой мощности, уменьшения стоимости. Применение малогабаритных ламп и печатного монтажа увеличило среднюю плотность монтажа до 0,1 эл/см 3 . Сделать монтаж более компактным с электронными лампами было невозможно, из-за трудности отвода выделяемого тепла. Нужны были принципиально новые элементы и принципы конструирования. Такими новыми элементами явились полупроводниковые приборы, которые открыли новые широкие возможности в конструировании аппаратуры.

Полупроводниковые приборы начали развиваться бурными темпами. Транзистор был изобретен в 1948 г. в США. В 1955 г. в мире выпускалось 350 типов транзисторов, а в 1963 г. - уже 3000 типов. В 1956 г. только в США изготовлялось 14 млн. транзисторов в год, а в 1961 г. в Японии - 200 млн. транзисторов в год.

В нашей стране огромный вклад в развитие теории полупроводниковых приборов внесла школа академика А.Ф. Иоффе.

Полупроводниковые приборы не требуют подогрева, потребляют очень мало энергии, имеют малые габариты и вес.
В данном реферате рассматриваются диоды – одни из наиболее простых полупроводниковых приборов. Приводятся примерная классификация и их основные технические характеристики.

Плоскостной выпрямительный диод


Плоскостные диоды имеют плоский р-п переход с достаточно большой площадью перехода. Величиной площади перехода определяется максимальный прямой ток, который для разных диодов находится в пре­делах от десятков миллиампер до сотен ампер.

Обратные напряжения плоскостных диодов могут достигать тысячи вольт и выше. В настоящее время используется несколько методов из­готовления р-п переходов. Наиболее распространены сплавной и диффузионный методы.

Выпрямительные диоды - это самые распространенные, самые обыкновенные плоскостные диоды. Кроме выпрямительных устройств они широко используются в самых разнообразных схемах, рабочие частоты которых невелики. В последнее время выпрямительные и силовые диоды, как правило, изготовляются из кремния. Электрические параметры и методы их определения, обусловленные особенностями работы диодов в цепях переменного тока, несколько отличаются от рассмотренных выше. Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются из классификационной вольт-амперной характеристики, прямая ветвь которой представляет зависимость среднего значения прямого тока от среднего значения прямого напряжения в режиме однополупериодного выпрямления (при этом на диод подаются только положительные полусинусоиды напряжения).

Обратная ветвь классификационной характеристики представляет зависимость среднего значения обратного тона от амплитудного значения обратного напряжения (на диод при этом подаются только отрицательные полусинусоиды напряжения). Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются также координатами точек классификационной вольт-амперной характеристики. На прямой ветви (точка А ) определены:

1. Iан - номинальный средний прямой ток. Это длительно допустимый ток, при котором диод не нагревается выше допустимой температуры. Для германиевых диодов плотность прямого тока достигает 0,5 А/мм 2 , для кремниевых - 1 А/мм 2 .


2. Uан - номинальное среднее значение прямого напряжения при токе Iан. По величине Uан силовые диоды делятся на группы.

На обратной ветви (точка В) определены:

1. Uобр.н - номинальное обратное напряжение. Это максимальное допустимое напряжение любой формы, при котором не происходит пробой р-п перехода. По величине Uобр.н силовые диоды делятся на классы. Класс обозначается числом, получаемым от деления Uобр.н на 100. Для силовых диодов m = 0,5.

2. Iобр.ср - среднее значение обратного тока - это среднее за период значение обратного тока при номинальном обратном напряжении.

Кроме этих параметров для выпрямительных диодов, особенно для мощных силовых диодов, важное значение имеют также параметры:

Pрасс.доп - допустимая мощность рассеяния в диоде, при которой p-n переход не нагревается выше допустимой температуры;

- тепловое сопротивление участка переход - среда, это сопротивление растеканию тепла, выделяемого в переходе.

Название работы: Полупроводниковые диоды

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Выпрямительные диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого тока различают выпрямительные диоды малой средней и большой мощности. Диоды малой мощности предназначены для выпрямления токов до 300мА диоды средней и большой.

Дата добавления: 2014-11-20

Размер файла: 94 KB

Работу скачали: 9 чел.

Министерство транспорта РФ

МГУ имени адм. Г.И.Невельского

Кафедра электронной схемотехники и микропроцессоров

Выполнил: студент группы 2041


Система классификации и обозначения.

Выпрямительные диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого тока различают выпрямительные диоды малой, средней и большой мощности. Диоды малой мощности предназначены для выпрямления токов до 300мА, диоды средней и большой мощности—для выпрямления токов соответственно от 300 мА до 10 А и от 10 до 1000 А.

Физические принципы работы.

Выпрямительным называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Принцип работы выпрямительных диодов основан на выпрямительном свойстве р- n -перехода.

Промышленность выпускает германиевые и кремниевые диоды. Преимущества кремниевых диодов: малые обратные токи, возможность использования при более высоких температурах окружающей среды и больших обратных напряжениях, большие допустимые плотности прямого тока .Преимущества германиевых диодов: малое падение напряжения при пропускании прямого тока .

Диоды, предназначенные для работы в различных выпрямительных схемах источников питания, могут выпрямлять токи низкой частоты. В таких диодах применяют, как правило, плоскостные р- n -переходы, изготовленные сплавным или диффузионным методом. Большинство выпрямительных диодов, предназначенных для работы в устройствах преобразования электрических сигналов в радиоэлектронной аппаратуре (детекторы, ограничители уровня и др.

По методам изготовления, конструктивному исполнению, характеристикам и параметрам эти группы диодов существенно отличаются от низкочастотных выпрямительных диодов и называются высокочастотными выпрямительными диодами.

Справочный параметр низкочастотных выпрямительных диодов малой мощности — допустимый выпрямительный ток /maXnp (допустимое среднее значение прямого тока), который определяет в заданном диапазоне температур допустимое среднее за период значение длительно протекающих через диод импульсов прямого тока синусоидальной формы при паузах в 180° (полупериод) и частоте/^ 50 Гц. Это напряжение диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности.

Значения максимально обратного напряжения маломощных выпрямительных диодов находятся в диапазоне от десятков вольт до 1200 В. Обратные токи не превышают 300 мкА для германиевых диодов и 10 мкА для кремниевых. Конструктивно выпрямительный диод выполнен в металлическом герметичном сварном корпусе.

В выпрямительных диодах средней мощности большой прямой ток достигается увеличением размеров кристалла, в частности рабочей площади р- n -перехода.

Диоды средней мощности преимущественно выпускают кремниевыми. В связи с этим обратный ток таких диодов при сравнительно большой площади р- n -перехода достаточно мал (несколько десятков микроампер). Теплота, выделяемая в кристалле от протекания прямого тока в диодах средней мощности, уже не может быть рассеяна корпусом прибора.

Для улучшения условий теплоотвода в этих диодах применяют дополнительные охладители-радиаторы.

Чтобы уменьшить механические напряжения, возникающие от нагрева и охлаждения при работе диода, материал корпуса и трубки делают из сплава ковара (29 % №, 18 % Со и 53 % Fe), у которого коэффициент линейного расширения равен коэффициенту расширения стекла.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

I обр.ср ( I обр .) при U обр. max


Система классификации и обозначения.

Варикапы делятся на подстроечные и умножительные.

Физические принципы работы.

Варикап - это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n перехода от обратного напряжения. Принцип работы варикапа основан на свойствах барьерной емкости p-n перехода, причем при увеличении обратного напряжения на переходе его емкость уменьшается. Эта емкость имеет относительно высокую добротность (величина колебательного контура), низкий уровень собственных шумов и не зависит от частоты вплоть до миллиметрового диапазона.

Варикапы удобны тем, что, подавая на них постоянное напряжение смещения, можно дистанционно и практически безинерционно менять их емкость и тем самым резонансную частоту контура, в который включен варикап. Варикапы применяют для усиления и генерации СВЧ сигналов, перестройки частоты колебательных контуров (его образует катушка индуктивности с конденсатором; колебательный контур служит для улавливания и усиления электромагнитных волн и преобразования их в колебания электрического тока) или автоподстройки частоты.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Q в - добротность варикапа

Св – температурный коэффициент емкости

K с - коэффициент перекрытия по емкости

C в – емкость варикапа


Система классификации и обозначения.

Стабилитроны диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого напряжения различают стабилитроны диоды малой, средней и большой мощности. Стабилитроны малой мощности имеют мощность до 0.3Вт, стабилитроны средней и большой мощности – соответственно от 0.3 до 5Вт и 5Вт и более.

Для стабилитронов малой мощности :

0.1 … 9.9В - 101 … 199

10 … 99 - 201 … 299

100 … 199 - 301 … 399

0.1 … 9.9В - 401 … 499

10 … 99В - 501 … 599

100 … 199В - 601 … 699

0.1 … 9.9В - 701 … 799

10 … 99В - 801 … 899

100 … 199В - 901 … 999

Физические принципы работы.

Стабилитроны очень похожи на диоды с p-n переходом. Они сконструированы для пропускания, главным образом, обратного тока. Стабилитроны широко применяются для управления напряжением в цепях любого типа.

Высокое напряжение обратного смещения, приложенное к диоду, может создать сильный обратный ток, который перегреет диод и приведет к пробою диода. Обратное напряжение, при котором наступает пробой, называется напряжением пробоя или максимальным обратным напряжением. Специальный диод, который называется стабилитроном, предназначен для работы в режиме обратного смещения. Он рассчитан для работы при напряжениях, превышающих напряжение пробоя. Эта область пробоя называется областью стабилизации.

Когда напряжение обратного смещения достаточно велико для того, чтобы вызвать пробой стабилитрона, через него течет высокий обратный ток до наступления пробоя обратный ток невелик. После наступления пробоя обратный ток резко возрастает. Это происходит потому, что сопротивление стабилитрона уменьшается при увеличении обратного напряжения. Напряжение пробоя стабилитрона определяется удельным сопротивлением диода. Оно, в свою очередь, зависит от техники легирования, использованной при изготовлении диода. Паспортное напряжение пробоя - это обратное напряжение при токе стабилизация. Ток стабилизации несколько меньше максимального обратного тока диода. Напряжение пробоя обычно указывается с точностью от 1 до 20%.

Способность стабилитрона рассеивать мощность уменьшается при увеличении температуры. Следовательно, рассеиваемая стабилитроном мощность указывается для определенной температуры. Величина рассеиваемой мощности также зависит от длины выводов: чем короче выводы, тем большая мощность рассеивается на диоде. Производитель указывает также коэффициент отклонения для того, чтобы определить рассеиваемую мощность при других температурах. Например, коэффициент отклонения 6 милливатт на градус Цельсия означает, что рассеиваемая диодом мощность уменьшается на 6 милливатт при повышении температуры на один градус. Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и обычные диоды. Маломощные стабилитроны выпускаются в корпусах из стекла или эпоксидной смолы. Мощные стабилитроны выпускаются в металлическом корпусе.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

U ст. - напряжение стабилизации

I ст. - ток стабилизации

r ст. - дифференциальное сопротивление стабилизации

ст. - температурный коэффициент напряжения стабилизации

U ст. - допускаемый разброс значения напряжения стабилизации от номинального значения


Система классификации и обозначения.

Светодиоды классифицируются по диапазону изучения и яркости.

Физические принципы работы.

Светодиодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры Процесс самопроизвольной рекомбинации инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p-n переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на более низкий; при этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света.

Чтобы кванты энергии – фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой (Еg > 1,8 эВ). Исходя из этого ограничения, для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), твердые растворы: галлий—мышьяк—фосфор (GaAsP) и галлий—мышьяк—алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (Eg > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ-активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения светодиода. Например, на основе фосфида галлия, легированного определенным количеством цинка, кислорода или азота, получают светодиоды зеленого, желтого и красного цветов свечения. Тройные соединения GaAsP и GaAsAl используют, в основном, для получения светодиодов красного цвета свечения.

Обычно излучение светодиодов является монохроматическим с оговоренной для каждого типа максимальной длиной волны, имеющий незначительный разброс внутри каждого типа. Светодиоды с управляемым цветом свечения изготавливаются на основе двух светоизлучающих переходов, один из которых имеет резко выраженный максимум спектральной характеристики в красной полосе, другой — в зеленой. При совместной работе цвет результирующего излучения зависит от соотношения токов через переходы. Основным технологическим методом изготовления светодиодов является метод эпитаксиального наращивания. Это жидкофазная эпитаксия или эпитаксия из газовой фазы. В некоторых случаях, в основном, при использовании карбида кремния, применяется метод диффузии примесей (акцепторных или донорных) из газовой фазы, проводящийся внутри кварцевых ампул.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

I с - сила света

- максимум спектрального распределения

t н.изл - время нарастания излучения

t c .изл - время спада излучения

- ширина спектра излучения


Система классификации и обозначения.

Физические принципы работы.

Фотодиод, полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней фотопроводимости при воздействии на него оптического излучения. Ф. представляет собой полупроводниковый кристалл обычно с электронно-дырочным переходом (р–n-переходом), снабженный 2 металлическими выводами (один от р-, другой от n-области) и вмонтированный в металлический или пластмассовый защитный корпус. Материалами, из которых выполняют Ф., служат Ge, Si, GaAs, HgCdTe и др.

Различают 2 режима работы Ф.: фотодиодный, когда во внешней цепи Ф. содержится источник постоянного тока, создающий на р–n-переходе обратное смещение, и вентильный, когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режиме Ф., как и фоторезистор, используют для управления электрическим током в цепи Ф. в соответствии с изменением интенсивности падающего излучения. Возникающие под действием излучения неосновные носители диффундируют через р–n-переход и ослабляют электрическое поле последнего. Фототок в Ф. в широких пределах линейно зависит от интенсивности падающего излучения и практически не зависит от напряжения смещения. В вентильном режиме Ф., как и полупроводниковый фотоэлемент, используют в качестве генератора фотоэдс.

В лавинном Ф., представляющем собой разновидность Ф. с р–n-cтруктурой, для увеличения чувствительности используют т. н. лавинное умножение тока в р–n-переходе, основанное на ударной ионизации атомов в области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 10 2 –10 4 . Существуют также Ф. с р–i–n-cтруктурой, близкие по своим характеристикам к Ф. с р–n-cтруктурой; по сравнению с последними они обладают значительно меньшей инерционностью (до 10 -10 сек).

Ф. находят применение в устройствах автоматики, лазерной техники, вычислительной техники, измерительной техники и т.п.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

I обр.ср ( I обр .) при U обр. max

Основные параметры Ф.: 1) порог чувствительности (величина минимального сигнала, регистрируемого Ф., отнесённая к единице полосы рабочих частот), достигает 10 -14 Вт/Гц1/2; 2) уровень шумов – не свыше 10 -9 а; 3) область спектральной чувствительности лежит в пределах 0,3–15 мкм; 4) спектральная чувствительность (отношение фототока к потоку падающего монохроматического излучения с известной длиной волны) составляет 0,5–1 а/Вт; 5) инерционность (время установления фототока) порядка 10 -7 –10 -8 сек.

Полупроводниковый диод является простейшим и наиболее распространенным типом переключающих приборов силовой электроники. В настоящее время применяются в основном полупроводниковые диоды с р-n-переходом и диоды с барьером Шоттки или барьером Мотта. Последние выгодно отличаются от полупроводниковых диодов с р-n-переходом прежде всего отсутствием накопления и рассасывания носителей заряда в базе диода, что и определяет их хорошие частотные свойства (меньшую инерционность процессов их переключения).

Статические свойства идеализированного р-n-перехода описываются уравнением Шокли


где Is — ток насыщения (тепловой ток), к которому стремится величина I при отрицательном значении напряжения на р-n-переходе; U —напряжение на диоде; UT = KT/q —тепловой потенциал; К = 1,38 • 10 -23 Дж/°С — постоянная Больцмана; Т — температура; q — 1,6 • 10 -19 Кл — заряд электрона.

При комнатной температуре UТ = 0,026 В. Поэтому уже при напряжении на диоде U = 0,1 В exp(U/UT) >> 1 и уравнения для прямого и обратного тока принимают вид


При анализе и расчете устройств преобразования энергии, выполненных по так называемой низкочастотной технологии, обычно прибегают к кусочно-линейной аппроксимации реальной ВАХ диода. При этом прямая ветвь ВАХ заменяется идеальным ключом S, идеальным источником напряжения, равным пороговому напряжению Uп, и дифференциальным сопротивлением RVD. Пороговое напряжение Uп определяется точкой пересечения касательной к прямой ветви ВАХ в рабочей точке с осью ординат. Следует отметить, что пороговое напряжение кремниевых диодов с обычным р-n-переходом (выполненных как по сплавной, так и по диффузионной технологиям) лежит в пределах 0,7. 0,9 В, тогда как Для диодов с барьером Шоттки Uп = 0,35. 0,45 В. Обратная ветвь ВАХ реального диода заменяется сопротивлением Rобр.


В процессе работы устройств преобразования энергии в диодах, входящих в состав этих устройств, выделяются потери мощности (РVD), равные в общем случае сумме потерь от прямого тока (Рпр), потерь от обратного тока (Робр) и динамических (коммутационных) потерь на интервалах перехода диода из открытого состояния в закрытое (Рк). При относительно невысокой частоте переключения диодов (до нескольких килогерц) в большинстве практических случаев суммарные потери в диодах определяются в основном составляющей Рпр. Следовательно, в этом случае мощность потерь в диоде


где iVD, uVD — мгновенные значения тока и напряжения на открытом диоде; tH, Т — интервал открытого состояния диода и период его коммутации соответственно; IVDср — среднее значение тока диода; IVD — действующее значение тока диода; Uп RVD — пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление диода соответственно.

Рассмотрим коммутационные процессы в диоде на примере однополупериодной схемы выпрямления, работающей на чисто активную нагрузку при скачкообразном изменении напряжения е. На интервале времени от 0 до t1 через открытый диод VD протекает прямой ток Iпр = (Еm — Unp)/R, так что на границах р-n-перехода имеется избыточная концентрация неосновных носителей.


В момент времени t1 напряжение, е скачком меняет свою полярность и через диод в течение интервала рассасывания избыточного заряда tp = t2 — t1 будет протекать ток в обратном направлении. Величина этого обратного тока Iобр max = (Еm—uVD)/R. По окончанию рассасывания избыточной концентрации носителей напряжение на диоде uVD в момент t2 падает до нуля. В интервале времени t3 — t2 обратный ток диода уменьшается с Iобр max до Iобр = Is (до тока насыщения). Этот интервал времени tB называется временем восстановления обратного сопротивления диода (временем обратного восстановления). Пиковое значение мгновенной мощности на интервале tB многократно превышает мощность потерь Рпр (потери на интервале открытого состояния диода), что может служить причиной локального перегрева и разрушения кристалла. С ростом частоты пребразования энергии в устройствах электропитания растет и среднее за период значение коммутационных потерь. При частотах преобразования энергии в несколько десятков, или даже сотен килогерц (частоты на которых работают современные устройства электропитания) необходимо учитывать коммутационные процессы при выключении диодов и принимать соответствующие меры по их снижению. Схема замещения диода, позволяющая учитывать коммутационные процессы при выключении диода. Схема замещения (модель) содержит либо безынерционный диод, ВАХ которого соответствует уравнению Шокли, а зависимый от напряжения источник тока, емкость С и резистор Rs, позволяющий учитывать потери в диоде. Такая схема (модель) используется практически во всех известных пакетах компьютерного моделирования электронных схем (pSPISE, WORKBENCH, MicroCap и др. ) В общем случае емкость С учитывает два различных по природе процесса, протекающих при переключении диодов, и, соответственно, имеет две составляющие: диффузионную (Сд) и барьерную (Сб). Обе существенно зависят от величины напряжения и отображают процессы накопления заряда при переключении диода и образования заряда на закрытом переходе.


В момент времени t1 прямой ток диода начинает спадать со скоростью, определяемой внешними, по отношению к диоду факторами (формой и величиной запирающего напряжения, индуктивностью цепи и др. ). В момент времени t2 прямой ток спадает до нуля, однако носители тока, наполняющие р-n-переход, продолжают движение, образуя обратный ток. За время нарастания tH = t3 —t2 обратный ток достигает максимальной величины Iобр max. С момента времени начинается уменьшение обратного тока до значения Iобр = Is. На практике реальная кривая уменьшения обратного тока экстраполируется прямой проходящей через точки, соответствующие токам 0,75Iобр max и 0,5Iобр max. Моментом окончания процесса восстановления запирающих свойств считается момент, соответствующий точке пересечения этой прямой с осью времени (момент

Читайте также: