Обратное включение полупроводникового диода. Обратное включение диодаОбратное включение диода
При обратном включении диода внешнее электрическое поле и диффузионное поле в p-n-переходе совпадают по направлению, происходит экстракция неосновных носителей заряда из прилегающих к переходу областей (рис. 2, е). Это приводит к уменьшению граничной концентрации неосновных носителей заряда около p-n-перехода и к появлению диффузии неосновных носителей к переходу – идет диффузионный ток неосновных носителей, возникающих в результате тепловой генерации в объеме n- и p-областей диода, а также на омических переходах. За время жизни до p-n-перехода могут продиффундировать неосновные носители, возникшие в n- и p-областях на расстоянии, не превышающем соответствующей диффузионной длины (рис. 5, а, б).
Рис. 5. Экстракция неосновных носителей из прилегающих к p-n-переходу областей при разных обратных напряжениях на диоде
Остальные неосновные носители, не успев дойти до перехода, рекомбинируют в объеме. Это справедливо для разных обратных напряжений на диоде, если толщины прилегающих к переходу областей превышают диффузионные длины неосновных носителей заряда. Поэтому обратный ток, начиная с очень малых значений обратного напряжения, не будет изменяться с изменением напряжения (рис. 3). Этот неизменный с изменением напряжения обратный ток через диод называют током насыщения. Рассмотрев физические процессы в диоде при обратном напряжении, можно выразить плотность тока насыщения через параметры полупроводникового материала:
где
Этот ток не совсем и не всегда насыщенный, так как толщина базы диода зависит от напряжения в связи с изменением толщины p-n-перехода при изменении приложенного напряжения. При увеличении температуры диода плотность тока насыщения увеличивается, так как с температурой экспоненциально растет собственная концентрация носителей заряда. В диодах на основе материала с большей шириной запрещенной зоны плотность тока насыщения должна быть значительно меньше, так как собственная концентрация экспоненциально уменьшается с увеличением ширины запрещенной зоны. Сравнивая германиевые и кремниевые диоды и учитывая разницу в собственных концентрациях носителей в германии и кремнии, которая составляет три порядка, следует заключить, что плотность тока насыщения в кремниевых диодах должна быть меньше на шесть порядков. С увеличением концентрации примесей в прилегающих к переходу областях плотность тока насыщения в соответствии с (1) должна уменьшатся. Таким образом, ВАХ диода обычно записывают в виде:
где
Графическое изображение ВАХ показано на рис. 3. Для удобства масштабы прямых и обратных напряжений, а также прямых и обратных токов выбирают разными. poisk-ru.ru Обратное включение - диод - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Обратное включение - диодCтраница 1 Обратное включение диода характеризуется практически полным отсутствием тока при достаточно большом обратном напряжении; иными словами, диод при обратном включении имеет очень большое сопротивление. [1] Обратное включение диода связи происходит медленнее, так как после запирания управляющего диода необходимо время, пока вследствие зарядки паразитных емкостей разрядным током напряжение на диоде связи достигнет отпирающего уровня. Это запаздывание особенно заметно в цепях младших разрядов. [3] При обратном включении диода на границе p - n - перехода образуется изоляционный слой. Этот обедненный свободными носителями зарядов пограничный слой играет роль изолятора между проводящими р - и n - зонами кристалла. Фактически диод в этом случае представляет конденсатор, причем ширина изоляционного слоя такого конденсатора зависит от приложенного к диоду напряжения. Чем больше приложенное обратное напряжение, тем большей становится толщина изоляционного слоя конденсатора, а следовательно, уменьшается его емкость. [5] При обратном включении диода емкость р-п перехода шунтирует большое обратное сопротивление перехода, что приводит к ухудшению его частотной характеристики. [7] Давно известны однотактные преобразователи с обратным включением диода. [8] Анализ переходных процессов в схеме с обратным включением диода проводится аналогично. [9] Аналогично работает последовательная схема диодного ограничителя с обратным включением диода. [11] Емкость р-п перехода существует при прямом и при обратном включении диода. [12] Определить напряжение на диоде и резисторе нагрузки сопротивлением гн 100 кОм при обратном включении диода ( рис. 96, а), если ток диода ЮмкА, а ( Упит 80 В. [13] Для воспроизведения линейно-ломаных зависимостей в I и II квадрантах используется аналогичная схема с обратным включением диода и опорным напряжением. [14] Элемент И для отрицательных входных сигналов ( рис. П-19, t отличается от предыдущего обратным включением диодов. [15] Страницы: 1 2 3 www.ngpedia.ru Выпрямительный диод: параметры и схемаСодержание:
Одним из электронных устройств, широко использующихся в различных схемах, является выпрямительный диод, с помощью которого переменный ток преобразуется в постоянный. Его конструкция создана в виде двухэлектродного прибора с односторонней электрической проводимостью. Выпрямление переменного тока происходит на переходах металл-полупроводник и полупроводник-металл. Точно такой же эффект достигается в электронно-дырочных переходах некоторых кристаллов – германия, кремния, селена. Эти кристаллы во многих случаях используются в качестве основных элементов приборов. Выпрямительные диоды применение нашли в различных электронных, радиотехнических и электрических устройствах. С их помощью осуществляется замыкание и размыкание цепей, детектирование и коммутация импульсов и электрических сигналов, а также другие аналогичные преобразования. Принцип работы выпрямительного диодаКаждый диод оборудуется двумя выводами, то есть электродами – анодом и катодом. Анод соединяется с р-слоем, а катод – с n-слоем. В случае прямого включения диода на анод поступает плюс, а на катод – минус. В результате, через диод начинает проходить электрический ток. Если же подачу тока выполнить наоборот – к аноду подать минус, а к катоду – плюс получится так называемое обратное включение диода. В этом случае течения тока уже не будет, на что указывает вольтамперная характеристика выпрямительного диода. Поэтому при поступлении на вход переменного напряжения, через диод будет проходить только одна полуволна. Представленный рисунок наглядно отражает вольтамперную характеристику диода. Ее прямая ветвь расположена в первом квадранте графика. Она описывает диод в состоянии высокой проводимости, когда к нему приложено прямое напряжение. Данная ветвь выражается в виде кусочно-линейной функции u = U0 + RД x i, в которой u представляет собой напряжением на вентиле во время прохождения тока i. Соответственно, U0 и RД являются пороговым напряжением и динамическим сопротивлением. Третий квадрант содержит обратную ветвь вольтамперной характеристики, указывающей на низкую проводимость при обратном напряжении, приложенном к диоду. В этом состоянии течение тока через полупроводниковую структуру практически отсутствует. Данное положение будет правильным лишь до определенного значения обратного напряжения. В этом случае напряженность электрического поля в области p-n-перехода может достичь уровня 105 В/см. Такое поле сообщает электронам и дыркам – подвижным носителям заряда, кинетическую энергию, способную вызвать ионизацию нейтральных атомов кремния. Стандартная структура выпрямительного диода предполагает наличие дырок и электронов проводимости, постоянно возникающих под действием термической генерации по всему объему структуры проводника. В дальнейшем происходит их ускорение под действием электрического поля p-n-перехода. То есть электроны и дырки также участвуют в ионизации нейтральных атомов кремния. В этом случае обратный ток нарастает лавинообразно, возникают так называемые лавинные пробои. Напряжение, при котором резко повышается обратный ток, обозначается на рисунке в виде напряжения пробоя U3. Основные параметры выпрямительных диодовОпределяя параметры выпрямительных элементов, следует учитывать следующие факторы:
Выпрямительные устройства выпускаются различной формы и могут монтироваться разными способами. В соответствии с физическими характеристиками, они разделяются на следующие группы:
Выбирая то или иное устройство, необходимо учитывать вольтамперные характеристики обратного и пикового максимальных токов, максимально допустимое прямое и обратное напряжение, среднюю силу выпрямленного тока, а также материал изделия и тип его монтажа. Все основные свойства выпрямительного диода и его параметры наносятся на корпус в виде условных обозначений. Маркировка элементов указывается в специальных справочниках и каталогах, ускоряя и облегчая их выбор. Схемы с использованием выпрямительных диодов отличаются количеством фаз:
В зависимости от используемого материала, выпрямительные диоды и схемы с диодами могут быть германиевыми или кремниевыми. Чаще всего применяется последний вариант, благодаря физическим свойствам кремния. Данные диоды обладают значительно меньшей величиной обратных токов при одном и том же напряжении, поэтому допустимое обратное напряжение имеет очень высокую величину, в пределах 1000-1500 вольт. Для сравнения, у германиевых диодов эта величина составляет 100-400 В. Кремниевые диоды сохраняют работоспособность в температурном диапазоне от - 60 до + 150 градусов, а германиевые – только в пределах от - 60 до + 850С. Электронно-дырочные пары при температуре, превышающей это значение, образуются с большой скоростью, что приводит к резкому увеличению обратного тока и снижению эффективности работы выпрямителя. Схема включения выпрямительного диодаПростейший выпрямитель работает по следующей схеме. На вход подается переменное напряжение сети с положительными и отрицательными полупериодами, окрашенными соответственно в красный и синий цвета. На выходе подключается обычная нагрузка RH, а выпрямляющим элементом будет диод VD. Когда на анод поступают положительные полупериоды напряжения, происходит открытие диода. В этот период через диод и нагрузку, запитанную от выпрямителя, будет протекать прямой ток диода Iпр. На графике, расположенном справа, эта волна обозначена красным цветом. При поступлении на анод отрицательных полупериодов напряжения, наступает закрытие диода, и во всей цепи начинается течение незначительного обратного тока. В данном случае отрицательная полуволна переменного тока отсекается диодом. Эту отсеченную полуволну обозначает синяя прерывистая линия. На схеме условное обозначение выпрямительного диода такое же, как обычно, только поверх значка проставляются символы VD. В результате, через нагрузку, подключенную через диод к сети, будет протекать уже не переменный, а пульсирующий ток одного направления. Фактически, это и есть выпрямленный переменный ток. Однако такое напряжение подходит лишь для нагрузок малой мощности, запитанных от сети переменного тока. Это могут быть лампы накаливания, которым не требуются особые условия питания. В этом случае напряжение будет проходить через лампу лишь во время импульсов – положительных волн. Наблюдается слабое мерцание лампы с частотой 50 Гц. При подключении питания с таким же напряжением к приемнику или усилителю мощности, в громкоговорителе или колонках, будет слышен гул с низкой тональностью, частотой 50 Гц, известный как фон переменного тока. В этих случаях аппаратура начинает «фонить». Причиной такого состояния считается пульсирующий ток, проходящий через нагрузку и создающий в ней пульсирующее напряжение. Именно оно и создает фон. Данный недостаток частично устраняется путем параллельного подключения к нагрузке фильтрующего электролитического конденсатора Сф с большой емкостью. В течение положительных полупериодов он заряжается импульсными токами, а во время отрицательных – разряжается с помощью нагрузки RH. Большая емкость конденсатора позволяет поддерживать на нагрузке непрерывный ток в течение всех полупериодов – положительных и отрицательных. На графике такой ток представляет собой сплошную волнистую линию красного цвета. Тем не менее, данный сглаженный ток все равно не обеспечивает нормальную работу, поскольку половина входного напряжения теряется при выпрямлении, когда задействуется только один полупериод. Этот недостаток компенсируют мощные выпрямительные диоды, собранные вместе в так называемый диодный мост. Данная схема состоит из четырех элементов, что позволяет пропускать ток в течение всех полупериодов. За счет этого преобразование переменного тока в постоянный происходит значительно эффективнее. electric-220.ru Обратное включение полупроводникового диода.Т. к. исследуемый нами полупроводниковый диод – стабилитрон работает при обратном включении, то более подробнее рассмотрим эту область. При включении p-n перехода в обратном направлении (рис. 2) внешнее обратное напряжение Uобр создает электрическое поле, совпадающее по направлению с собственным, что приводит к росту потенциального барьера на величину Uобр и увеличению относительного смещения энергетических диаграмм на q(Uk + Uобр). Это сопровождается увеличением ширины запирающего слоя, которая может быть найдена из соотношения (1.7) подстановкой вместо Uk величины Uk + Uобр. . (1.8) Для кремниевых диодов величина контактной разности потенциалов составляетUk≈0,7 В. Толщина электронно-дырочных переходов δ имеет порядок (0,1-10)мкм. Возрастание потенциального барьера уменьшает диффузионные токи основных носителей (т. е. меньшее их количество преодолеет возросший потенциальный барьер). У Рис. 3. Схематическое изображение стабилитрона меньшение диффузионного тока приведет к нарушению условия равновесия. Через переход будет проходить результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей.Концентрация неосновных носителей у границ p-n перехода вследствие уменьшения диффузионного перемещения основных носителей уменьшится до некоторых значений и. По мере удаления отp-n перехода концентрация неосновных носителей будет возрастать до равновесной. Опорные диоды (кремниевые стабилитроны). Механизмы пробоя p-n перехода.
С Рис. 4. ВАХ кремниевого стабилитрона табилитронами или Опорными диодами называются полупроводниковые диоды, вольтамперная характеристика которых имеет участок со слабой зависимостью напряжения от тока (Рис. 4). Название «опорных» они получили за счет способности фиксировать (стабилизировать) уровни напряжений в схемах. В основу работы опорных диодов положено явление холодной эмиссии и управляемый пробой в p-n-переходе. Концентрация примесных атомов в стабилитроне гораздо выше, чем в обычных диодах, поэтому стабилитрон находится как бы в предпробойном состоянии.Назначение стабилитронов стабилизация напряжения; у современных стабилитронов напряжение стабилизации доходит до нескольких сотен вольт, а ток до десятков ампер, при этом дрейф напряжения может быть не более 0,1 В. Конструкция стабилитронов та же, что и у выпрямительных диодов; у тех и у других выбор корпуса связан с мощностью рассеяния. Участок "аб" для стабилизации напряжения: большим изменениям тока (от Iст.мин. до Iст.мах) соответствуют незначительные изменения напряжения (Uст). Максимальный ток Iст.махограничивается допустимой мощностью рассеяния, а минимальный (Iст.мин) соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших значениях тока стабилитрона он может служить источником шумов (используется в генераторах шумов). В пределах "аб" сопротивление стабилитрона изменяется при изменении тока через него, а напряжение при этом остается почти постоянным. После точки "б" стабилитрон переходит в режим теплового пробоя, при этом в нем идут необратимые процессы и структура диода разрушается. В режиме теплового пробоя стабилитрон имеет участок на ВАХ с отрицательным динамическим сопротивлением. studfiles.net Обратное включение - диод - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2Обратное включение - диодCтраница 2 Более высокие значения параметра М при необходимости увеличения выходной мощности [ см. (6.14), (6.15) ] позволяют получить мостовые схемы однотактных преобразователей, с обратным включением диода при аналогичном ( рис. 6.5, а) выполнении цепей управления мощными транзисторами. [16] Кроме того, реальный переход в некоторой области выходит на поверхность полупроводника. При обратном включении диода на поверхности перехода появляется утечка носителей заряда, что вызывает увеличение и нестабильность ( ползучесть) обратного тока во времени. Ползучесть тока / обр не поддается строгому расчету и весьма неодинакова у разных диодов одного и того же типа. [17] В неравновесном состоянии диода взаимная компенсация токов IQ и / я нарушается. В случае обратного включения диода превалирует ток термогенерации, так как высота потенциального барьера увеличивается и проникание носителей в область перехода ( с последующей рекомбинацией) затрудняется. [19] В неравновесном состоянии диода взаимная компенсация токов 10 и IK нарушается. В случае обратного включения диода превалирует ток термогенерации, так как высота потенциального барьера увеличивается и проникание носителей в область перехода ( с последующей рекомбинацией) затрудняется. [20] Разумеется, при обратном включении диода в схеме роль положительных и отрицательных мгновенных значений напряжения изменится - ограничитель будет пропускать отрицательные и отсекать положительные полупериоды. [22] На рис. 25, б приведена реостатно-диодная схема Л для отрицательных входных сигналов. Она отличается от предыдущей обратным включением диодов. Входные сигналы имеют те же уровни напряжения. [24] Обратный такт работы наиболее характерен для регулируемого ТОК с прямым включением диода. В этом случае применяют LC-фильтр с обратным включением диода VD0 для создания цепи протекания тока дросселя фильтра во время паузы. [25] В рассмотренных выше АСПН используется переменное напряжение с регулируемой частотой на входе частотно-зависимой цепи, отделяющей ПН от нагрузки, что предполагает применение двухтактных схем преобразователей, содержащих как минимум два мощных транзистора и трансформатор. Более просты однотактные преобразователи напряжения с обратным включением диода, в которых в качестве трансформатора используется двухобмоточный линейный дроссель, а интервалы накопления энергии в дросселе и передачи накопленной энергии в нагрузку разнесены во времени. [26] Диод - это полупроводниковый прибор с одним р - п-переходом, который имеет существенно различное сопротивление при изменении полярности приложенного напряжения. Незначительное сопротивление соответствует прямому включению, а очень большое - обратному включению диода. [27] Связь с нагрузкой осуществляют через выходной волновод. Питающее напряжение подается через внутренний и наружный проводники коаксиальной конструкции. Полярность напряжения Е0 соответствует обратному включению диода. [28] Импульсные напряжения измеряют с помощью импульсных вольтметров, построенных по схеме, представленной на рис. 4.6, а. В этой схеме возможно измерение амплитуды только положительных импульсов, для отрицательных необходимо обратное включение диода. Специальные импульсные вольтметры градуируются в амплитудных ( пиковых) значениях. [29] Страницы: 1 2 3 www.ngpedia.ru Чем отличается прямой диод от обратного диодаДиоды часто именуются «прямыми» и «обратными». С чем это связано? Чем отличается «прямой» диод от «обратного» диода? Что представляет собой «прямой» диод?Диод — это полупроводник, имеющий 2 вывода, а именно — анод и катод. Используется он для обработки различными способами электрических сигналов. Например, в целях их выпрямления, стабилизации, преобразования. Особенность диода в том, что он пропускает ток только в одну сторону. В обратном направлении — нет. Это возможно благодаря тому, что в структуре диода присутствует 2 типа полупроводниковых областей, различающихся по проводимости. Первая условно соответствует аноду, имеющему положительный заряд, носителями которого являются так называемые дырки. Вторая — это катод, имеющий отрицательный заряд, его носители — электроны.
Диод может функционировать в двух режимах:
В первом случае через диод хорошо проходит ток. Во втором режиме — с трудом. Открыть диод можно посредством прямого включения. Для этого нужно подключить к аноду положительный провод от источника тока, а к катоду — отрицательный. Прямым также может именоваться напряжение диода. Неофициально — и сам полупроводниковый прибор. Таким образом, «прямым» является не он, а подключение к нему или же напряжение. Но для простоты понимания в электрике «прямым» часто именуется и сам диод. к содержанию ↑Что представляет собой «обратный» диод?Закрывается полупроводник посредством, в свою очередь, обратной подачи напряжения. Для этого нужно поменять полярность проводов от источника тока. Как и в случае с прямым диодом, формируется обратное напряжение. «Обратным» же — по аналогии с предыдущим сценарием — именуется и сам диод. к содержанию ↑СравнениеГлавное отличие «прямого» диода от «обратного» диода — в способе подачи тока на полупроводник. Если он подается в целях открытия диода, то полупроводник становится «прямым». Если полярность проводов от источника тока меняется — то полупроводник закрывается и становится «обратным». Рассмотрев, в чем разница между «прямым» диодом и «обратным» диодом, отразим основные выводы в таблице. к содержанию ↑Таблица
thedifference.ru | ||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
,
– электрический заряд;
– собственная концентрация носителей заряда при данной температуре;
– диффузионная длина дырок;
- диффузионная длина электронов;
– концентрация доноров;
– концентрация акцепторов;
– время жизни дырок;
- время жизни электронов.
,
– приложенное напряжение;
– коэффициент пропорциональности;
- температура.
