§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы). Точечные и плоскостные диоды

1.3. Разновидности диодов

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя внешними выводами.

Электрический переход чаще всего образуется между двумя полупроводниками с разным типом примесной электропроводности.

Иногда электрический переход образуется между полупроводником р- или n-типа и металлом, такой переход называют контактом металл - полупроводник.

	Таблица 1.1
Тип диода	Обозначение
Выпрямительный
Стабилитрон
Туннельный
Варикап

Классифицируют диоды по различным признакам:

по основному полупроводниковому материалу - германиевые, из арсенида галлия, кремниевые;

по физической природе процессов, обусловливающих их работу, - туннельные, фотодиоды, светодиоды и др.;

по назначению - выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы и др.;

по технологии изготовления электрического перехода - сплавные, диффузионные и др.;

по типу электрического пepeхода - точечные, плоскостные.

Основными являются классификации по типу электрического перехода и назначению диода. В табл.1.1 приведены обозначения некоторых типов диодов.

Точечные диоды. Такие диоды имеют очень малую площадь электрического перехода. Точечный электрический переход создается в месте контакта небольшой пластинки полупроводника и острия металлической проволочки даже при простом их соприкосновении. Более надежный точечный электрический переход образуется формовкой контакта, для чего через собранный диод пропускают короткие импульсы тока (порядка нескольких ампер). В результате формовки острие проволочки надежно приваривается к пластинке полупроводника. При этом из-за сильного местного нагрева материал острия проволочки расплавляется и диффундирует в пластинку полупроводника, образуя слой иного типа, чем полупроводник. Между этим слоем и пластинкой образуется р-n-переход полусферической формы. Площадь р-n-перехода составляет примерно 102 - 103 мкм2 . Точечные диоды в основном изготовляют из германия n-типа, проволочку (диаметром 0,05 -0,1 мм), из материала который для германия n-типа должен быть акцептором (например, бериллий). Иногда острие проволочки для получения высококачественного р-n-перехода покрывают индием или другим акцептором.

Благодаря малой площади р-n-перехода емкость точечных диодов незначительна и составляет десятые доли пикофарады. Поэтому точечные диоды используют на высоких (порядка сотен мегагерц) и сверхвысоких частотах. Их применяют в основном для выпрямления переменного тока высокой частоты (выпрямительные диоды высокочастотные) и в импульсных схемах (импульсные диоды). Из-за малой мощности, рассеиваемой р-n-переходом (~ 10 мВт), их можно использовать для выпрямления только малых переменных токов.

Плоскостные диоды. Такие диоды имеют плоский электрический переход. Его площадь может составлять от сотых долей квадратных миллиметров (микроплоскостные диоды) до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды). Переход, выполняют в основном методами вплавления или диффузии.

Плоскостные диоды используют для работы на частотах до 10 кГц. Ограничение по частоте связано с большой емкостью р-n-перехода (до десятков пикофарад).

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл - полупроводник. Емкость электрического перехода таких диодов небольшая, поэтому их используют для работы в импульсных режимах (сверхскоростные импульсные диоды).

Плоскостные диоды бывают малой мощности (до 1 Вт), средней мощности (на токи до 1 А, напряжение до 600 В) и мощные (на токи до 2000 A и выше).

Выпрямительные диоды. В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости р-n-перехода. Их применяют в качестве вентилей, которые пропускают переменный ток только в одном направлении. Вентильные свойства диода, зависят от того, насколько мал обратный ток. Для уменьшения обратного тока необходимо снижать концентрацию неосновных носителей, что может быть обеспечено за счет высокой степени очистки исходного полупроводника. Обычно применяют полупроводники, в которых на 109 - 1010 атомов основного элемента приходится один атом примеси.

Вольт-амперные характеристики реальных диодов несколько отличны от характеристики идеального р-n-перехода: их вид зависит от рода основного полупроводникового материала, площади р-n-перехода, температуры. На рис.1.8 показано изменение вольт-амперной характеристики диода с температурой. Особенно сильно влияние температуры сказывается на обратной ветви характеристики, так как с ростом температуры возрастает тепловой ток. С ростом обратного тока увеличивается нагрев р-n-перехода, что может привести к тепловому пробою. Верхний предел рабочих температур для германиевых диодов составляет 85 - 100° С, для кремниевых - до 200° С.

К основным параметрам диодов относятся:

Iпp.cp. - среднее значение прямого тока;

Uпр.ср.- прямое падение напряжения;

Iобр. - обратный ток через вентиль;

Umax.обр.- максимальное обратное напряжение.

В табл.1.2 приводятся параметры некоторых выпрямительных диодов.

Импульсные диоды. Диоды, предназначенные для работы в импульсных режимах, называются импульсными. Их используют в быстродействующих импульсных схемах (логические схемы, диодные ограничители, фиксаторы уровня и др.).

Таблица 1.2

Тип и обозначение прибора	Iпр.ср, А	Uпр.ср, В	Uобр.max, В	Iобр., mА
Кремниевые диоды малой мощности
КД103А-КД105В	0,1 - 0,3	1 - 1,2	30 – 600	0,05 - 0,3
Д206 – Д211	0,1	1	100 – 600	0,05
Д217 – Д218	0,1	0,7	800 – 1000	0,05
Кремниевые диоды средней мощности
Д202 – Д205	0,4	1	100 – 400	0,5
Д214 – Д215Б	2 - 10	1	100 – 200	3
Д242 – Д248БП	5 - 10	1 – 1,5	100 – 600	3
Кремниевые силовые диоды
В10 – В500	10 - 500	1,35 – 2,2	100 – 3800	6 – 40
ВВ320 – ВВ500	320 - 500	1,7 – 2,2	100 – 1400	40
ВЛ10 – ВЛ320	10 - 320	1,35 – 1,6	400 – 1500	4 - 20

Рассмотрим работу диода, у которого область р-типа является базой (область в которую инжектируются (впрыскиваются) носители заряда и где они являются неосновными), а область n-типа -эмиттером (область из которой инжектируются носители заряда), при воздействии на диод прямоугольного импульса (рис.1.9,а). При прямом напряжении потенциальный барьер снижается и электроны инжектируют из эмиттера в базу. Там они не могут сразу рекомбинировать с дырками базы или пройти ее, поэтому происходит накопление электронов в базе. Чем больше прямой ток, тем больше электронов накапливается в базе. При прямом напряжении сопротивление р-n-перехода хотя и нелинейно, но очень мало, поэтому оно почти не влияет на ток, и импульс тока искажается очень незначительно (рис.1.9,в).

Обратный ток в первый момент будет значительным, а обратное сопротивление резко уменьшится. Это объясняется тем, что накопленные в базе электроны начнут перемещаться в сторону р-n-перехода и, таким образом, образуют импульс обратного тока. Этот импульс будет тем больше, чем больше носителей заряда накопилось в базе. Заряды, накопленные в базе, втягиваясь полем р-n-перехода, перемещаются в эмиттер, часть их рекомбинирует в базе с дырками, и обратное сопротивление восстанавливается до нормального значения. Процесс уменьшения заряда в базе называется рассасыванием. Время tвoc , в течение которого обратный ток изменяется от максимального значения до установившегося называется временем восстановления обратного сопротивления. Это важный параметр импульсных диодов. Обычно время восстановления менее десятых долей микросекунды. Кроме названных выше параметров импульсные диоды характеризуются максимально допустимым прямим импульсным током.

Туннельные диоды. Туннельным диодом называют полупроводниковый прибор, сконструированный на основе вырожденного полупроводника (т.е. полупроводника с большим содержанием примеси), в котором при обратном и небольшом прямом напряжении возникает туннельный эффект и вольт-амперная характеристика имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Вследствие большого содержания примесей сопротивления областей р-и n-типов очень малы, а ширина р-n-перехода составляет примерно 0,02 мкм, что в сто раз меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Напряженность электрического поля в таких р-n-переходах достигает огромной величины - до 106 В/см.

На рис.1.10 изображена вольт-амперная характеристика туннельного диода.

Основными параметрами туннельных диодов являются максимальное (точка а) и минимальное (точка в) значения токов на вольт-амперной характеристике и их отношение.

Туннельные диоды обладают усилительными свойствами (участок ав) и могут работать в схемах как активные элементы. Они находят широкое применение в сверхбыстродействующих ЭВМ в качестве быстродействующих импульсных переключающих устройств и в генераторах высокочастотных колебаний. На туннельных диодах создают схемы мультивибраторов, триггеров, которые служат основой для построения логических схем, запоминающих устройств, регистров и т.д. Туннельные диоды могут работать в широком диапазоне температур, они просты в конструкции, малогабаритны. Их изготовляют на основе сильнолегированного германия или арсенида галлия,p-n-переход получают методом вплавления примесей. Более подробно о сущности туннельного эффекта изложено в дополнительной литературе.

Стабилитроны. Это полупроводниковые диоды, принцип работы которых основан на том, что при обратном напряжении на p-n-переходе в области электрического пробоя напряжение на нем изменяется незначительно при значительном изменении тока. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений и используются в параметрических стабилизаторах напряжения, в качестве источников опорных напряжений, в схемах ограничения импульсов и др. Напряжение стабилизации (пробивное напряжение) является рабочим. Оно зависит от свойств полупроводника, из которого изготовляют диод, а также технологии изготовления прибора.

Если используется исходный полупроводник с высокой концентрацией примеси (низкоомный), то р-n-переход будет узким и наблюдается туннельный пробой. Рабочее напряжение при этом небольшое /до 6 В/. В высокоомных полупроводниках р-n-переход широкий, пробой носит характер лавинного, рабочее напряжение больше (порядка 8 В и более). Все стабилитроны изготовляют на основе кремния, так как его применение обеспечивает малый обратный ток и допускает нагрев р-n-перехода до относительно высоких температур.

Основными параметрами стабилитронов являются:

напряжение стабилизации;

минимальный и максимальный ток стабилитрона;

дифференциальное сопротивление на участке стабилизации

Rд = dUст/dIст;

температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации TKU = (dUст/dT)·100% .

Варикапы. Это полупроводниковые диоды, в которых использовано свойство р-n-перехода изменять барьерную емкость при изменении обратного напряжения. Таким образом, варикап можно рассматривать как конденсатор с электрически управляемой емкостью. Обычно их изготовляют из кремния.

studfiles.net

12.2.2. Полупроводниковые диоды

В пограничном слое двух полупроводников с различным характером электропроводности при одном направлении тока дырки и электроны движутся навстречу друг другу, и при их встрече происходит рекомбинация. В цепи, таким образом, протекает ток (рис. 12.4 а).

Если изменить направление тока на обратное (рис.12.4 б), то изменится и направление движения дырок и электронов. Носители зарядов при этом не приближаются к граничной поверхности полупроводников, а удаляются от нее.

а) б)

Рис. 12.4

В результате в пограничной области образуется слой, лишенный свободных носителей зарядов. Постоянный ток через этот слой проходить не может. В реальных условиях очень малый ток проходит через этот слой вследствие наличия в полупроводнике, наряду с примесной, некоторой собственной электропроводности. Однако сопротивление цепи в этом случае (рис. 12.4 б) во много раз больше, чем в предыдущем случае (рис. 12.4 а).

Электронно-дырочный, или p-n, переход представляет собой электрический переход междуpиnзонами полупроводника. Электронный прибор с таким переходом называется полупроводниковымдиодом. Он обладает односторонней проводимостью. Все полупроводниковые диоды по конструктивному исполнению делят на точечные и плоскостные. Точечный диод состоит из пластины германия или кремния с электропроводностьюn-типа и вплавленной в нее стальной проволочкой (рис. 12.5 а). У точечного диоды линейные размерыp-n - перехода много меньше его толщины. Из-за малой площади контакта пря-

а) б)

Рис. 12.5

мой ток таких диодов, а также их межэлектродная емкость сравнительно малы, поэтому их используют в основном для выпрямления тока в слаботочных устройствах сверхвысокой частоты. Вольт–амперные характеристики точечных диодов приведены на рис. 12.5 б.

В плоскостных диодах p-n - переходобразован двумя полупроводниками с различными токами электропроводности, причем линейные размеры перехода много больше его толщины. Площадь перехода колеблется в широких пределах: от долеймкм2до несколькихсм2, поэтому прямой ток плоскостных диодов составляет от единиц до тысяч ампер. Конструкция и вольт-амперные характеристики плоскостных диодов показаны на рис. 12.6 а, б.

а) б)

Рис.12.6

Основными параметрами диодов являются: прямой максимальный ток диода , прямое напряжение, максимально допустимое обратное напряжение, обратный ток диода.

12.2.3. Стабилитроны

Стабилитрон представляет собой специальный полупроводниковый диод, напряжение электрического пробоя которого очень слабо зависит от протекающего через него тока. Стабилитрон служит для стабилизации напряжения в различных электронных устройствах (например, блоках питания). Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 12.7.

Рис. 12.7

Из характеристики видно, что напряжение стабилизациислабо изменяется при достаточно больших изменениях тока стабилизации. Это свойство стабилитрона используют для получения стабильного напряжения в стабилизаторах напряжения.

Одним из основных параметров, учитываемых при выборе стабилитронов, является напряжение стабилизации (пробоя). В справочных данных указывается номинальное напряжение стабилизации для определенного тока. В настоящее время отечественной промышленностью серийно выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации в диапазоне 5…300 В и с допусками на разброс номинального напряжения 5, 10, 15 %. Наличие разброса ограничивает применение некоторых схем включения стабилитронов и приводит иногда к усложнению схем.

Напряжение стабилизации зависит также от температуры стабилитрона. Количественно эта зависимость выражается температурным коэффициентом напряжения , представляющим собой отношение изменения напряжения стабилизации к изменению температуры стабилитрона, приведенное к одному вольту, %/°C

, (12.1)

где и– напряжения стабилизации при температурахи.

Дополнительными характеристиками стабилитрона являются динамическое сопротивление на участке стабилизации , минимальныйи максимальныйток стабилизации.

Параметры схем со стабилитронами выбираются так, чтобы длительный средний ток через них был меньше максимально допустимого Значение токаограничено допустимой по тепловому режиму мощностью рассеяния и представляет собой отношение этой мощности к напряжению стабилизации. Кратковременно же стабилитрон способен выдерживать токи, значительно большиеЗначение температурного коэффициента возрастает с увеличением напряжения стабилизации. Поэтому в ряде случаев целесообразно заменить один высоковольтный стабилитрон цепочкой низковольтных, соединенных последовательно.

Конструктивно стабилитроны выполняются аналогично выпрямительным диодам.

studfiles.net

§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)

Односторонняя проводимость контактов двух полупроводников (или металла с полупроводником) используется для выпрямления и преобразования переменных токов. Если имеется один электронно-дырочный переход, то его действие аналогично действию двухэлектродной лампы — диода (см. § 105). Поэтому полупроводниковое устройство, содержащее один p-n-переход, называется полупроводниковым (кристаллическим) диодом. Полупроводниковые диоды по конструкции делятся на точечные и плоскостные.

В качестве примера рассмотрим точечный германиевый диод (рис.339), в котором тонкая вольфрамовая проволока 1 прижимается к n-германию 2 острием, покрытым алюминием. Если через диод в прямом направлении пропустить кратковременный импульс тока, то при этом резко повышается диффузия Аl в Ge и образуется слой германия, обогащенный алюминием и обладающий p-проводимостью.

На границе этого слоя образуется p-n-переход, обладающий высоким коэффициентом выпрямления. Благодаря малой емкости контактного слоя точечные диоды применяются в качестве детекторов (выпрямителей) высокочастотных колебаний вплоть до сантиметрового диапазона длин волн.

Принципиальная схема плоскостного меднозакисного (купроксного) выпрямителя дана на рис. 340. На медную пластину с помощью химической обработки наращивается слой закиси меди Cu2O, который покрывается слоем серебра. Серебряный электрод служит только для включения выпрямителя в цепь. Часть слоя Си20, прилегающая к Cu обогащенная ею, обладает электронной проводимостью, а часть слоя Cu2O, прилегающая к Ag и обогащенная (в процессе изготовления выпрямителя) кислородом,— дырочной проводимостью. Таким образом, в толще закиси меди образуется запирающий слой с пропускным направлением тока от Cu2O к Cu (pn).

Технология изготовления германиевого плоскостного диода описана в §249 (см. рис. 325). Распространенными являются также селеновые диоды и диоды на основе арсенида галлия и карбида кремния. Рассмотренные диоды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с электронными лампами (малые габаритные размеры, высокие к. п. д. и срок службы, постоянная готовность к работе и т. д.), но они очень чувствительны к температуре, поэтому интервал их рабочих температур ограничен (от -70 до +120°С). p-n-Переходы обладают не только прекрасными выпрямляющими свойствами, но могут быть использованы также для усиления, а если в схему ввести

405

обратную связь, то и для генерирования электрических колебаний. Приборы, предназначенные для этих целей, получили название полупроводниковых триодов или транзисторов (первый транзистор создан в 1949 г. американскими физиками Д. Бардином, У. Браттейном и У. Шокли; Нобелевская премия 1956 г.).

Для изготовления транзисторов используются германий и кремний, так как они характеризуются большой механической прочностью, химической устойчивостью и большей, чем в других полупроводниках, подвижностью носителей тока. Полупроводниковые триоды делятся на точечные и плоскостные. Первые значительно усиливают напряжение, но их выходные мощности малы из-за опасности перегрева (например, верхний предел рабочей температуры точечного германиевого триода лежит в пределах 50—80 °С). Плоскостные триоды являются более мощными. Они могут быть типа р-n-р и типа п-р-п в зависимости от чередования областей с различной проводимостью.

Для примера рассмотрим принцип работы плоскостного триода р-n-р, т. е. триода на основе n-полупроводника (рис. 341). Рабочие «электроды» триода, которыми являются база (средняя часть транзистора), эмиттер и коллектор (прилегающие к базе с обеих сторон области с иным типом проводимости), включаются в схему с помощью невыпрямляющих контактов — металлических проводников. Между эмиттером и базой прикладывается постоянное смещающее напряжение в прямом направлении, а между базой и коллектором — постоянное смещающее напряжение в обратном направлении. Усиливаемое переменное напряжение подается на входное сопротивление Rвх, а усиленное — снимается с выходного сопротивления Rвых.

Протекание тока в цепи эмиттера обусловлено в основном движением дырок (они являются основными носителями тока) и сопровождается их «впрыскиванием» — инжекцией — в область базы. Проникшие в базу дырки диффундируют по направлению к коллектору, причем при небольшой толщине базы значительная часть инжектированных дырок достигает коллектора. Здесь дырки захватываются полем, действующим внутри перехода (притягиваются к отрицательно заряженному коллектору), и изменяют ток коллектора. Следовательно, всякое изменение тока в цепи эмиттера вызывает изменение тока в цепи коллектора.

Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, получим в цепи коллектора переменный ток, а на выходном сопротивлении — переменное напряжение. Величина усиления зависит от свойств р-n-переходов, нагрузочных сопротивлений и напряжения батареи Бк. Обычно Rвых>>Rвх, поэтому Uвых значительно превышает входное напряжение Uвх (усиление может достигать 10000). Так как мощность переменного тока, выделяемая в Rвых, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмиттера, то транзистор дает и усиление мощности. Эта усиленная мощность появляется за счет источника тока, включенного в цепь коллектора.

Из рассмотренного следует, что транзистор, подобно электронной лампе, дает усиление и напряжения и мощности. Если в лампе анодный ток управляется напряжением на сетке, то в транзисторе ток коллектора, соответствующий анодному току лампы, управляется напряжением на базе.

Принцип работы транзистора n-р-n-тнпа аналогичен рассмотренному выше, но роль дырок играют электроны. Существуют и другие типы транзисторов, так же как и другие схемы их включения. Благодаря своим преимуществам перед электронными лампами (малые габаритные

406

размеры, высокие к. п. д. и срок службы, отсутствие накаливаемого катода (поэтому потребление меньшей мощности), отсутствие необходимости в вакууме и т. д.)

транзистор совершил революцию в области электронных средств связи и обеспечил создание быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти.

Контрольные вопросы

• В чем суть адиабатического приближения и приближения самосогласованного поля?

• Чем отличаются энергетические состояния электронов в изолированном атоме и кристалле? Что такое запрещенные и разрешенные энергетические зоны?

• Чем различаются по зонной теории полупроводники и диэлектрики? металлы и диэлектрики?

• Когда по зонной теории твердое тело является проводником электрического тока?

• Как объяснить увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры?

• Чем обусловлена проводимость собственных полупроводников?

• Почему уровень Ферми в собственном полупроводнике расположен в середине запрещенной зоны? Доказать это положение.

• Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? дырочной примесной проводимости?

• Почему при достаточно высоких температурах в примесных полупроводниках преобладает собственная проводимость?

• Каков механизм собственной фотопроводимости? примесной фотопроводимости? Что такое красная граница фотопроводимости?

• Каковы по зонной теории механизмы возникновения флуоресценции и фосфоресценции?

• В чем причины возникновения контактной разности потенциалов?

• В чем суть термоэлектрических явлений? Как объяснить их возникновение?

• Когда возникает запирающий контактный слой при контакте металла с полупроводником n-типа? с полупроводником p-типа? Объясните механизм его образования.

• Как объяснить одностороннюю проводимость p-n-перехода?

• Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.

• Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?

• Почему через полупроводниковый диод проходит ток (хотя и слабый) даже при запирающем напряжении?

Задачи

31.1. Германиевый образец нагревают от 0 до 17 °С. Принимая ширину запрещенной зоны кремния 0,72 эВ, определить, во сколько раз возрастет его удельная проводимость. [В 2,45 раза]

31.2. В чистый кремний введена небольшая примесь бора. Пользуясь Периодической системой Д. И. Менделеева, определить и объяснить тип проводимости примесного кремния.

31.3. Определить длину волны, при которой в примесном полупроводнике еще возбуждается фотопроводимость.

* Дж. Стокс (1819—1903) — английский физик и математик.

studfiles.net

§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)

405

406

Контрольные вопросы

• В чем суть адиабатического приближения и приближения самосогласованного поля?

• Чем различаются по зонной теории полупроводники и диэлектрики? металлы и диэлектрики?

• Когда по зонной теории твердое тело является проводником электрического тока?

• Как объяснить увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры?

• Чем обусловлена проводимость собственных полупроводников?

• Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? дырочной примесной проводимости?

• Каковы по зонной теории механизмы возникновения флуоресценции и фосфоресценции?

• В чем причины возникновения контактной разности потенциалов?

• В чем суть термоэлектрических явлений? Как объяснить их возникновение?

• Как объяснить одностороннюю проводимость p-n-перехода?

• Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.

• Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?

• Почему через полупроводниковый диод проходит ток (хотя и слабый) даже при запирающем напряжении?

Задачи

31.3. Определить длину волны, при которой в примесном полупроводнике еще возбуждается фотопроводимость.

* Дж. Стокс (1819—1903) — английский физик и математик.

studfiles.net

§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)

405

406

Контрольные вопросы

• В чем суть адиабатического приближения и приближения самосогласованного поля?

• Чем различаются по зонной теории полупроводники и диэлектрики? металлы и диэлектрики?

• Когда по зонной теории твердое тело является проводником электрического тока?

• Как объяснить увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры?

• Чем обусловлена проводимость собственных полупроводников?

• Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? дырочной примесной проводимости?

• Каковы по зонной теории механизмы возникновения флуоресценции и фосфоресценции?

• В чем причины возникновения контактной разности потенциалов?

• В чем суть термоэлектрических явлений? Как объяснить их возникновение?

• Как объяснить одностороннюю проводимость p-n-перехода?

• Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.

• Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?

• Почему через полупроводниковый диод проходит ток (хотя и слабый) даже при запирающем напряжении?

Задачи

31.3. Определить длину волны, при которой в примесном полупроводнике еще возбуждается фотопроводимость.

* Дж. Стокс (1819—1903) — английский физик и математик.

studfiles.net

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Нашей промышленностью выпускается большое число типов и разновидностей полупроводниковых диодов и вентилей. К вентилям относятся специально рассчитанные для использования в выпрямителях селеновые диоды, набранные в столбики.

В настоящее время, как указывалось выше, различают два вида диодов: точечные и плоскостные. В точечном диоде выпрямление осуществляется в запорном слое, образующемся у места контакта полупроводникового кристалла с металлической иглойг.

Отечественной промышленностью выпускается большое число кремниевых и германиевых диодов с точечными контактами. Конструктивное устройство одного из типов точечных диодов показано на рис. 58,а.

Внешний вид и цоколевки наиболее распространенных точечных и плоскостных диодов приведены на рис. 59. Недостатком германиевых полупроводниковых диодов является высокая чувствительность к изменению температуры окружающей среды. При понижении температуры до —50° С прямой ток диода может упасть

Рис. 58. Конструкции полупроводниковых диодов: о. — точечного; б — плоскостного

до 70% значения тока, измеренного при +20°С; при этом обратный ток падает менее заметно. При повышении температуры до +70° С обратный ток увеличивает-

Рис. 59. Общий вид полупроводниковых диодов: а —Д1А—Д1Ж; Д9А-Д9Ж; б — Д2А—Д2И; Д11, Д12, Д13, Д14, Д14А;о-ДГ- Ц1 — ДГ-Ц14; г — Д7А, Д7Ж, Д206-Д211; 0-Д2О2-Д2О5, Д302—Д305; е — ДГ-Ц21 — ДГ-Ц27; А — вывод анода; К — вы- вод катода; М — металлический, керамический или стеклянный корпус; С — слюдяная шайба; В — пластмассовая втулка;

Б — крепежный болт; Г — гайка; Ш — шасси радиоприбора

ся в три раза; повышение прямого тока с температурой менее заметно. Этого недостатка лишены кремниевые точечные и плоскостные диоды, которые могут работать при температурах от —60° С до +150° С.

Благодаря малой емкости точечных диодов их можно включать в цепи с токами весьма высокой частоты (до 100 Мгц). Точечные диоды могут применяться для выпрямителей мощностью до 1—2 вт. Для выпрямителей мощностью более 2—3 вт можно использовать плоскостные диоды.

Устройство одного из типов плоскостных диодов показано на рис. 58,6. Диоды с плоскостными контактами допускают протекание выпрямленного тока до нескольких ампер при допустимых обратных напряжениях до нескольких сот вольт. При этом прямое падение напряжения на самом диоде не превышает 0.5—-0,8 в.

Плоскостные диоды часто называют силовыми, так как их основное назначение сводится к выпрямлению переменного тока. Так как емкость между электродами плоскостных диодов довольно велика (до 50 пф)у то они могут быть использованы в цепях тока с частотой не выше 50 кгц.

Существенным преимуществом полупроводниковых диодов является большой срок службы — 2 000 часов. Практически при соблюдении нормальных условий эксплуатации их можно использовать значительно дольше.

Селеновые выпрямители

Устройство селенового выпрямителя показано на рис. 60.

Рис. 60. Устройство селенового выпрямителя: а — схематическое; 1 — выпрямительная шайба; 2 — слой селена; 3 — контактная шайба; 4 — изоляционная шайба; 5 — изоляционная трубка; б —открытой конструкции из квадратных шайб; в —открытой конструкции из круглых шайб; г —из таблет; <?—-пакетный

Основание селенового выпрямителя в виде круглой или квадратной пластины с отверстием в центре (в малых шайбах отверстия не делают) изготовляется из мягкой стали или алюминия толщиной 0,5—1 мму на которую наносится слой селена.

Второй электрод выпрямителя (первым служит основание), представляющий собой сплав из олова, кадмия и висмута, напыляется на селен в расплавленном виде и, застывая, образует металлический слой толщиной около 0,1 мм. Этот электрод наносится на селен не по всей поверхности, а в виде кольца, чтобы не произошло короткого замыкания между первым и вторым электродами.

Таблица I

Применение диодов различных тилов и групп

Схема или устройство	Какой диод или столбик используется
Детектор детекторного радио
приемника ………………………….	Точечный германиевый диод любого ти
	па и группы (желательно с возможно
Второй детектор, устройство	большим прямым током)
Второй детектор, устройство	Диоды Д1А, Д1Б, Д1Д, Д2Б, Д2Д
АРУ супергетеродина . .	Диоды Д1А, Д1Б, Д1Д, Д2Б, Д2Д
АРУ супергетеродина . .	ДГ-Ц2, ДГ-Ц4, ДГ-Ц12 или ДГ-Ц13
Детектор сигналов изображе	ДГ-Ц2, ДГ-Ц4, ДГ-Ц12 или ДГ-Ц13
ния телевизионного приемни
ка ………..	Диоды Д1Б, Д2Б, ДГ-Ц1 или Д1-Ц12
Дискриминатор приемника ЧМ	Диоды Д1Б, Д2Б, ДГ-Ц1 или Д1-Ц12
сигналов, звукового канала
телевизионного приемника .	Диоды Д2Б, ДГ-Ц1, ДГ-Ц12 или
телевизионного приемника .	ДГ-Ц13
Схема восстано&чения постоян
ной Составляющей в цепи
управляющего электрода
электронно-лучевой трубки,
ограничитель уровня сигна	Диоды Д1Д, Д1Е, Д2Г, ДГ-Ц5, ДГ-Ц7
ла ………………………………………	Диоды Д1Д, Д1Е, Д2Г, ДГ-Ц5, ДГ-Ц7
	или ДГ-Ц14,
Измерительная аппаратура . .	Диоды Д1В, Д2А, Д2Б, Д9Д, ДГ-Ц8,
Измерительная аппаратура . .	ДГ-Ц12, ДГ-Ц14
Выпрямитель для питания ни
тей ламп прямого накала .	Диоды Д7А, ДГ-Ц21, селеновый стол
тей ламп прямого накала .	бик из элементов размером от 22×22
	до 60×60 мм или диаметром от 25
	до 45 мм (в зависимости от требуемо
	го тока)
Выпрямитель, дающий напря
жение на управляющие сет
ки электронных ламп при	Диоды Д2Е, Д2Ж, ДГ-Ц6, ДГ-Ц7,
емников и усилителей . . .	Диоды Д2Е, Д2Ж, ДГ-Ц6, ДГ-Ц7,
емников и усилителей . . .	селеновый столбик из элементов диа
	метром 7,2—18 мм или размером
	15×15 мм
Выпрямитель для питания
анодных и экранных цепей
электронных ламп радио	Диоды Д7Д, Д7Е, Д7Ж, ДГ-Ц25,
приемника или усилителя .	Диоды Д7Д, Д7Е, Д7Ж, ДГ-Ц25,
приемника или усилителя .	ДГ-Ц26, ДГ-Ц27, пакетный селено
	вый выпрямитель АВС-80-260,
	ABC-120-270, селеновый столбик из
	элементов размером от 15×15 до

Продолжение

Схема или устройство

Какой диод или столбик используется

Выпрямитель для зарядки аккумуляторов…………………….

30×30 мм или диаметром от 18 до 35 мм (в зависимости от величины потребляемого тока)

Селеновый выпрямительный столбик из элементов диаметром 90 мм, размером 100х 100 мм или больше, либо диоды Д304—Д305 (в зависимости от требуемого зарядного тока)

Собранные в столбики выпрямительные селеновые шайбы покрывают краской для защиты от грязи и других вредных влияний. Действие влаги на селеновые выпрямители оказывается незначительным. Окружающая температура влияет на них несколько меньше, чем на германиевые диоды, поэтому они могут нормально работать в более широких температурных пределах—• от —40 до 70° С.

В настоящее время промышленностью выпускаются полупроводниковые выпрямители для самых разнообразных целей, на различные напряжения (от 2 до 5 000 в) и токи (от 0,02 до 200 а и даже более).

Параметры полупроводниковых диодов и выпрямителей

Для правильного выбора диодов для того или иного радиотехнического устройства необходимо знание основных параметров диодов, к которым относятся: максимально допустимое обратное напряжение, средний выпрямленный ток, обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении. Для силовых диодов часто указывается величина максимального напряжения переменного тока, подводимого ко входу выпрямителя.

Для надежной работы любого устройства, в котором применены полупроводниковые диоды или вентили, необходимо, чтобьг напряжения и токи в схеме ни в коем случае не превышали основных параметров для данного диода или вентиля.

В табл. 1 даются краткие сведения по использованию диодов и вентилей в различных схемах. Эта таблица является, конечно, ориентировочной.

nauchebe.net

Плоскостной диод - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Плоскостной диод

Cтраница 4

Повреждения плоскостных диодов обусловливаются, главным образом, изменением характеристик проводимости в прямом направлении. [46]

У плоскостных диодов соприкосновение областей с п и р проводи-мостями происходит на относительно большом пространстве, между которым возникает энергетический барьер. Электрический ток через такой р-п переход начнет проходить после того, как под влиянием разности потенциалов внешнего источника, приложенной к р-п переходу в прямом направлении ( от плюса к минусу), будет преодолено сопротивление этого барьера. [47]

Конструкция плоскостного диода показана на фиг. [48]

Емкость плоскостных диодов выше, чем точечных ( 20 пф), что обусловливает применение их при частотах до 50 кгц. [49]

Теория плоскостного диода с максвелловским распределением электронов по энергиям была разработана Лэнгмюром [3] и Фраем [4] и экспериментально подтверждена. Было найдено, что глубина потенциального минимума является функцией температуры катода, расстояния между катодом и анодом и величины напряжения на аноде. [50]

Добротность плоскостного диода также зависит от частоты, но она не может быть больше единицы вследствие омических потерь в области базы. В этом заключается один из серьезных недостатков плоскостного диода, что затрудняет использование его индуктивных свойств, так как для конструирования широкополосных усилителей добротность индуктивного элемента должна быть порядка пяти и выше. Кроме того, индуктивные свойства наблюдаются в плоскостном диоде лишь при значительных плотностях тока, что связано с большой рассеиваемой мощностью. [51]

Для плоскостного диода, проводимость которого имеет порядок 50 мкмо, соотношение (1.9) дает Cs0 25 мкф, что приблизительно в десять раз больше, чем наблюдается в действительности при опытах. Это снова указывает на то, что в приборах с малой площадью перехода время жизни неосновных носителей заряда ограничивается поверхностной рекомбинацией. [52]

Характеристики реальных плоскостных диодов близки к характеристикам, описываемым выражением ( 5 11), Обратный ток этих диодов несколько возрастает при возрастании обратного напряжения. [53]

У плоскостных диодов большой мощности ( рис. 10.6, б) с радиаторами и искусственным охлаждением ( воздушным или водяным) допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при значениях прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В. [54]

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 арсенид галлия ( GaAs) и другие соединения. [55]

У кремниевых точечных и плоскостных диодов обратное сопротивление столь велико, что измерить его тестером: не удается. [57]

У кремниевых точечных и плоскостных диодов обратное сопротивление столь велико, что измерить его тестером не удается. Обратное сопротивление германиевых плоскостных диодов колеблется в пределах от 100 кОм до 2 МОм. Во избежание прогрева при измерениях не следует держать диод за корпус. [59]

Страницы: 1 2 3 4 5