1.Полупроводниковые диоды, принцип действия, характеристики:. Вах диода

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:для германиевых — 1В;для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

sesaga.ru

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Что такое идеальный диод?

Основная задача обычного выпрямительного диода – проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Следовательно, идеальный диод должен быть очень хорошим проводником с нулевым сопротивлением при прямом подключении напряжения (плюс — к аноду, минус — к катоду), и абсолютным изолятором с бесконечным сопротивлением при обратном.

Вот так это выглядит на графике:

Такая модель диода используется в случаях, когда важна только логическая функция прибора. Например, в цифровой электронике.

ВАХ реального полупроводникового диода

Однако на практике, в силу своей полупроводниковой структуры, настоящий диод обладает рядом недостатков и ограничений по сравнению с идеальным диодом. Это можно увидеть на графике, приведенном ниже.

Vϒ(гамма) — напряжение порога проводимости

При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения — Vϒ. Это напряжение, при котором PN-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. Vϒ у кремниевых приборов примерно 0.7V, у германиевых – около 0.3V.

ID_MAX — максимальный ток через диод при прямом включении

При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока ID_MAX. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

IOP – обратный ток утечки

При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока IOP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

PIV(Peak Inverse Voltage) — Напряжение пробоя

При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

Паразитическая емкость PN-перехода

Даже если на диод подать напряжение значительно выше Vϒ, он не начнет мгновенно проводить ток. Причиной этому является паразитическая емкость PN перехода, на наполнение которой требуется определенное время. Это сказывается на частотных характеристиках прибора.

Приближенные модели диодов

В большинстве случаев, для расчетов в электронных схемах, не используют точную модель диода со всеми его характеристиками. Нелинейность этой функции слишком усложняет задачу. Предпочитают использовать, так называемые, приближенные модели.

Приближенная модель диода «идеальный диод + Vϒ»

Самой простой и часто используемой является приближенная модель первого уровня. Она состоит из идеального диода и, добавленного к нему, напряжения порога проводимости Vϒ.

Приближенная модель диода «идеальный диод + Vϒ + rD»

Иногда используют чуть более сложную и точную приближенную модель второго уровня. В этом случае добавляют к модели первого уровня внутреннее сопротивление диода, преобразовав его функцию из экспоненты в линейную.

hightolow.ru

1.4. Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство электрического перехода. В качестве электрического перехода может использоваться электронно-дырочный переход, контакт металл-полупроводник или гетеропереход.

Область полупроводникового кристалла диода, имеющая более высокую концентрацию примесей (следовательно, и основных носителей заряда), называется эмиттером, а другая, с меньшей концентрацией, – базой. Сторону диода, к которой при прямом включении подключается отрицательный полюс источника питания, часто называют катодом, а другую – анодом.

По назначению диоды делятся на:

1. выпрямительные (силовые), предназначенные для преобразования переменного напряжения источников питания промышленной частоты в постоянное;

2. стабилитроны (опорные диоды), предназначенные для стабилизации напряжений, имеющие на обратной ветви ВАХ участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока:

3. варикапы, предназначенные для использования в качестве емкости, управляемой электрическим напряжением;

4. импульсные, предназначенные для работы в быстродействующих импульсных схемах;

5. туннельные и обращенные, предназначенные для усиления, генерирования и переключения высокочастотных колебаний;

6. сверхвысокочастотные, предназначенные для преобразования, переключения, генерирования сверхвысокочастотных колебаний;

7. светодиоды, предназначенные для преобразования электрического сигнала в световую энергию;

8. фотодиоды, предназначенные для преобразования световой энергии в электрический сигнал.

Система и перечень параметров, включаемые в технические описания и характеризующие свойства полупроводниковых диодов, выбираются с учетом их физико-технологических особенностей и области применения. В большинстве случаев важны сведения об их статических, динамических и предельных параметрах.

Статические параметры характеризуют поведение приборов при постоянном токе, динамические – их частотно-временные свойства, предельные параметры определяют область устойчивой и надежной работы.

1.5. Вольтамперная характеристика диода

Вольтамперная характеристика (ВАХ) диода аналогична вольтамперной характеристике p-n-перехода и имеет две ветви – прямую и обратную.

ВАХ диода представлена на рисунке 5.

Если диод включен в прямом направлении ("+" – к области р, а "-" – к областиn), то при достижении порогового напряженияUпордиод открывается и через него протекает прямой ток. При обратном включении ("-" к областир, а "+" – к областиn) через диод протекает незначительный обратный ток, то есть фактически диод закрыт. Следовательно, можно считать, что диод пропускает ток только в одном направлении, что позволяет использовать его в качестве выпрямительного элемента.

Значения прямого и обратного токов отличаются на несколько порядков, а прямое падение напряжения не превышает единиц вольт по сравнению с обратным напряжением, которое может составлять сотни и более вольт. Выпрямительные свойства диодов тем лучше, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше падение напряжения при заданном прямом токе.

Рисунок 5 – Условно-графическое обозначение (УГО) и вольтамперная характеристика диода при различных температурах

Параметрами ВАХ являются: динамическое (дифференциальное) сопротивление диода переменному току и статическое сопротивление постоянному току.

Статическое сопротивление диода постоянному току в прямом и обратном направлении выражается соотношением:

, (2)

где UиIзадают конкретные точки на ВАХ диода, в которых производится вычисление сопротивления.

Динамическое сопротивление переменному току определяет изменение тока через диод с изменением напряжения вблизи выбранной рабочей точки на характеристике диода:

. (3)

Поскольку типичная ВАХ диода имеет участки с повышенной линейностью (один на прямой ветви, один – на обратной), rдвычисляется как отношение малого приращения напряжения на диоде к малому приращению тока через него при заданном режиме:

. (4)

Чтобы вывести выражение для rд, удобнее принять в качестве аргумента токI, а напряжение считать его функцией и, логарифмируя уравнение (1), привести его к виду:

. (5)

Тогда:

. (6)

Отсюда следует, что с ростом прямого тока rдбыстро уменьшается, так как при прямом включении диодаI>>IS.

На линейном участке ВАХ при прямом включении диода статическое сопротивление всегда больше динамического сопротивления: Rст>rд. При обратном включении диодаRст<rд.

Таким образом, электрическое сопротивление диода в прямом направлении намного меньше, чем в обратном. Следовательно, диод обладает односторонней проводимостью и используется для выпрямления переменного тока.

studfiles.net

5.1 Вольт-амперная характеристика диода

Прежде всего, вернемся к теоретически изученным ВАХ. Теоретическая ВАХ n-p-перехода и диода показаны на рисунке 5.2

Из рисунка 5.2 видно, что кривые отличаются друг от друга.

1 - Кривая ВАХ - p-n-перехода; 2 - ВАХ - диода

Рисунок 5.2

Чем это объяснить?

В области прямых токов это объясняется тем, что часть внешнего напряжения, приложенного к выводам диода, падает на объемном электрическом сопротивлении базы rБ(т.е. определяется объемом и собственным сопротивлением).rБлежит в пределах 1..10 Ом. Падение напряжения на базе становится существенным для токов, больших, чем единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлениях выводов. В результате напряжение на p-n-переходе будет меньше, чем напряжение на диоде.

Реальная характеристика в области прямых напряжений описывается выражением

где Uпр- напряжение, приложенное к выводам;r- суммарное сопротивление базы и выводов.

При увеличении обратного напряжения ток диода не остается постоянным и равным I0, а увеличивается.

Первая причина увеличения обратного тока заключается в термической генерации зарядов на переходе (что не учитывается при теоретическом выводе). Эта составляющая называется током термогенерации IТГ.С ростом обратного напряжения переход расширяется, количество генерируемых в нем носителей увеличивается иIТГрастет.

Вторая причина - конечная величина проводимости поверхности кристалла, из которого изготовлен диод. Этот ток называется током утечки IУ. У современных приборов он всегда меньше тока термогенерацииIТГ.

Таким образом, суммарный обработанный ток определяется выражением

5.2 Влияние температуры на вах диода

С изменением температуры меняется ход прямой и обратной ветвей ВАХ диода. При увеличении температуры возрастает количество неосновных носителей в кристалле полупроводника и поэтому растет обратный ток перехода. Это обусловлено увеличением токов I0иIТГ,изменяющихся по законам:

где I0(T0) - токи при температуреТ0;Т =Т -Т0.

Для кремния = 0,09К-1,b= 0,07К-1.

Ток утечки мало зависит от температуры, но может существенно меняться во времени. Поэтому он не определяет временную нестабильность обратной ветви ВАХ диода.

Теперь о прямой ветви ВАХ. Прямая ветвь с ростом температуры сдвигается влево и становится более крутой (рисунок 5.3). Это объясняется ростом обратного тока Iобри уменьшением собственного сопротивления базыrБ, что, в свою очередь, уменьшает падение напряжения на базе, а напряжение на переходе растет при неизменном напряжении на выводах.

Для оценки температурной нестабильности прямой ветки вводится температурный коэффициент напряжения (ТКН)

показывающий, как изменится прямое напряжение на диоде с изменением температуры на 1С. При фиксированном прямом токе в диапазоне от -60С до +60С.

5.3 Основные типы диодов

5.3.1 Выпрямительные диоды

Назначение - преобразование переменного тока промышленной частоты в постоянный. Используются переходы с большой площадью для пропускания больших токов.

Кремневые выпрямительные диоды работают в диапазоне температуры от -60С до +125С.

Предельные электрические режимы: обратное напряжение Uобр.maxи средний выпрямительный токI выпр.

Сегодня промышленностью выпускаются кремниевые диоды, характеризуемые I выпр >100A иUобр.max =1000В.

Если необходимо работать при U>Uобр,то диоды соединяются последовательно.

Для увеличения выпрямляемого тока можно включать диоды параллельно. Серийно выпускаемые промышленностью диоды имеют следующие обозначения: КД102, КД106, КД204, КД212, КД226; сдвоенные диоды КД205; два диода с общим катодом КД704; последовательно соединенные диоды КД629.

studfiles.net

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) - Практическая электроника

Вах вах вах… Это выражение встречается не только у народов Кавказа, но в радиоэлектронике. ВАХ — это вольтамперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком либо простецком радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы.

Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе :-). Поэтому давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как Вы все помните из школы, в классе пятом-шестом мы строили графики, зависимость игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима — по горизонтали. И получается у нас вот такая система отображения зависимости «У» от «Х»:

Не утомил еще я Вас математикой ? 🙂 Так вот, мои дорогие читатели, в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо «У» у нас будет Сила тока, а вместо Х — Напряжение. И система отображения у нас будет выглядеть вот так:

Вот теперь мы можем в этой системе строить графики зависимости тока от напряжения для радиоэлементов. Давайте попробуем начертить график зависимости тока от напряжения для резистора? Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение, и смотреть одновременно значение тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания , резистор и начинаем делать замеры:

Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.

Вторая точка: U=2.6, I=0.01

Третья точка: U=4.4, I=0.02

Четвертая точка: U=6.2, I=0.03

Пятая точка: U=7.9, I=0.04

Шестая точка: U=9.6, I=0.05

Седьмая точка: U=11.3, I=0.06

Восьмая точка: U=13, I=0.07

Девятая точка: U=14.7, I=0.08

Давайте построим график по этим точкам:

Опа на! Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной вольтамперной характеристикой.

Как Вы знаете, диод пропускает электрический ток в одном направлении, и не пропускает в другом направлении. Это свойство диода мы используем в Диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром. Давайте построим ВАХ для диода. Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.

Первая точка: U=0,I=0.

Вторая точка: U=0.4, I=0.

Третья точка: U=0.6, I=0.01

Четвертая точка: U=0.7,I=0.03

Пятая точка: U=0.8,I=0.06

Шестая точка: U=0.9,I=0.13

Седьмая точка: U=1, I=0.37

Строим график по полученным значениям:

Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольтамперная характеристика называется НЕлинейной. Для каждого диода своя ВАХ, где то она круче, где то ближе к оси силы тока I. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт, для диодов, сделанных из вещества германия ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольта.

Давайте же рассмотрим подробнее ВАХ диода.

Общая ВАХ диода выглядит вот так:

На графике, на котором мы с Вами сами строили ВАХ диода, мы начертили только правую часть графика. Почему? Давайте рассмотрим характеристику диода, который мы с Вами пытали. Он называется КД411АМ. Ищем его характеристики в инете.

Обратное максимальное напряжение Uобр — это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр — сила тока при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение 700 Вольт. Поэтому я бы никак не смог показать вам лавинный пробой с помощью своего блока питания, который выдает максимум 15 Вольт. Максимальный прямой ток Iпр — это максимальный ток, который может течь через диод. В нашем случае это 2 Ампера. Так как у нас зависимость тока от напряжения, следовательно ток зависит от напряжения :-). Если продолжить ветку ВАХ на нашем графике, то можно сказать, что прямое напряжение не должно превышать на таком диоде приблизительно 1,4 Вольта. Так же есть такой параметр, как максимальная частота F, которую нельзя превышать. Если скажем у нас в сети частота 50 Гц, то в некоторых безделушках и приборах с помощью разных схем увеличивают частоту до Гигагерц. В таких схемах такой диод использовать нельзя, потому как его максимальная частота, при котором он может эксплуатироваться, это 30 000Гц.

Стабилитроны же работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они также, как и диоды, поэтому надо обязательно читать маркировку и смотреть в справочниках, чтобы точно знать, что за радиоэлемент перед вами.

То есть мы подключаем его как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод — плюс. В результате этого напряжение на стабилитроне остается почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от подключаемой нагрузки на стабе. Как говорят электронщики, мы используем в стабилитроне обратную ветвь ВАХ

Подробнее про работу стабилитрона можно почитать в этой статье.

ВАХ — очень удобная вещь. Взглянув на нее, можно с легкостью сказать, как поведет себя тот или иной радиоэлемент в схеме. ВАХ строится также для транзисторов, грубо говоря, для каждого вывода, а также для других разновидностей диодов: динисторов, тиристоров, симисторов. Все эти элементы с нелинейной ВАХ, поэтому они называются нелинейными. Прежде, чем использовать в схемах какой-либо диод, гляньте его характеристики, и конечно же ветку ВАХ. ВАХ — это как для гостей Москвы карта метро 🙂

www.ruselectronic.com

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Количество просмотров публикации Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода - 1017

Uэл.проб. = 10 ÷1000 В – напряжение электрического пробоя.

Uнас. = 0,3 ÷ 1 В – напряжение насыщения.

Ia и Ua – анодный ток и напряжение.

Участок I:– рабочий участок (прямая ветвь ВАХ)

Участки II, III, IV, - обратная ветвь ВАХ (не рабочий участок)

Участок II: В случае если приложить к диоду обратное напряжение – диод закрыт, но все равно через него будет протекать малый обратный ток (ток дрейфа, тепловой ток), обусловленный движением не базовых носителей.

Участок III: Участок электрического пробоя. В случае если приложить достаточно большое напряжение, неосновные носители будут разгоняться и при соударении с узлами кристаллической решетки происходит ударная ионизация, которая в свою очередь приводит к лавинному пробою (вследствие чего резко возрастает ток)

Электрический пробой является обратимым, после снятия напряжения P-N-переход восстанавливается.

Участок IV: Участок теплового пробоя. Возрастает ток, следовательно, увеличивается мощность, что приводит к нагреву диода и он сгорает.

Тепловой пробой - необратим.

Вслед за электрическим пробоем, очень быстро следует тепловой, в связи с этим диоды при электрическом пробое не работают.

Вольт-амперная характеристика идеального диода (вентиля)

Основные параметры полупроводниковых приборов

1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (IПР. СР.)

- это такой ток, который диод способен пропустить в прямом направлении.

Величина допустимого среднего за период прямого тока равна 70% от тока теплового пробоя.

По прямому току диоды делятся на три группы:

1) Диоды малой мощности (IПР.СР < 0,3 А)

2) Диоды средней мощности (0,3 <I ПР.СР <1 0 А)

3) Диоды большой мощности (IПР.СР > 10 А)

Диоды малой мощности не требуют дополнительного теплоотвода (тепло отводится с помощью корпуса диода)

Для диодов средней и большой мощности, которые не эффективно отводят тепло своими корпусами, требуется дополнительны теплоотвод (радиатор – кубик металла, в котором с помощью литья или фрезерования делают шипы, благодаря чему возрастает поверхность теплоотвода. Материал - медь, бронза, алюминий, силумин)

2. Постоянное прямое напряжение (Uпр.)

Постоянное прямое напряжение - ϶ᴛᴏ падение напряжения между анодом и катодом при протекании максимально допустимого прямого постоянного тока.

Проявляется особенно при малом напряжении питания.

Постоянное прямое напряжение зависит от материала диодов (германий - Ge, кремний - Si)

Uпр. Размещено на реф.рфGe ≈ 0.3÷0.5 В (Германиевые) Uпр. Размещено на реф.рфSi ≈ 0.5÷1 В (Кремниевые)

Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д) Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)

3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение (Uобр. Размещено на реф.рфmax)

Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу) Uобр. Размещено на реф.рфmax ≈ 0.7UЭл. пробоя (10÷100 В)

Для мощных диодов Uобр. Размещено на реф.рфmax= 1200 В.

Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -Uобр. Размещено на реф.рфmax= 1200 В)

4. Максимальный обратный ток диода (Imax ..обр.)

Соответствует максимальному обратному напряжению (составляет единицы mA).

Для кремниевых диодов максимальный обратный ток в два раза меньше, чем для германиевых.

5. Дифференциальное (динамическое) сопротивление.

1. Iпр max ↑ ≤30 А

2. Uпр max ↓ ≤1.2 В

3. Uобр max ≤1600

4. Iобр max <100мА

Падение напряжения на отдельном диоде зависит от величины прямого тока и температуры и применяется в диапазоне для германиевых диодов, и для кремниевых .

Обратный ток , протекающий через диод, сильно зависит от температуры, и при некотором значении приближается к некоторому постоянному значению (с увеличением температуры происходит увеличение обратного тока).

Предельное значение температуры для германиевых диодов составляет ; кремниевых диодов .

В электрических схемах диоды включаются в цепь в прямом направлении. Е – напряжение источника питания. В практических схемах в цепь диода всегда включается какая-либо нагрузка, к примеру, резистор. Размещено на реф.рфТакой режим работы диода принято называть рабочим. Его расчет производится по известным значениям и ВАХ диода. Расчет производится по формуле .

В формуле две неизвестных . Решение производится графически. На ВАХ диода накладывается прямая нагрузка, которая строится по 2-м точкам на осях координат при:

, т. А на рисунке.

, что соответствует т. Б.

Через эти точки проводим прямую, которая и является линией нагрузки. Координаты т. Т определяют рабочий режим диода.

Рабочий режим характеризуется следующими параметрами: - максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом; температурные параметры.

Рассмотрим группу полупроводниковых диодов, особенность работы которых связана с использованием нелинейных свойств p-n-перехода.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения низкой частоты ( ) в постоянное. Οʜᴎ подразделяются на диоды

малой ,
средней
большой мощности.

Основными параметрами, характеризующими выпрямительные диоды, являются:

Обратный ток при некотором значении обратного напряжения;
Максимальным током в прямом направлении;
Падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод;
Барьерная емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины;
Диапазон частот, в котором возможна работа диода без существенного снижения выпрямленного тока;
Рабочий диапазон температур.

В рабочем режиме через диод протекает ток, и в его электрическом переходе выделяется мощность, вследствие чего температура перехода повышается. В установившемся режиме подводимая к переходу мощность и отводимая от него должны быть равны и не превышать максимально допустимой мощности , рассеиваемой диодом, т.е . . В противном случае наступает тепловой пробой диода.

Качество теплоотвода в диоде характеризуется параметром эксплуатационного режима – тепловым сопротивлением под которым подразумевается отношение разности температур электрического перехода и корпуса диода к мощности рассеиваемой на диоде установившемся режиме. Уменьшение позволяет при заданном значении увеличивать рабочую температуру перехода или при известном перепаде температур повышать прямые и обратные токи и напряжения диода. Это достигается применением специальных теплоотводов-радиаторов.

Для выпрямления высоких обратных напряжений применяются выпрямительные столбы, в которых диоды включаются последовательно.

Последовательное соединение диодов используется, в случае если максимально допустимое обратное напряжение одного диода меньше напряжения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ нужно выпрямить.

, где - число диодов; , - действующее значение; - коэффициент нагрузки.

, где 1.1 –коэффициент, учитывающий 10% разброс значений сопротивления по напряжению .

Из-за разброса этого параметра с тем, чтобы обратное напряжение более равномерно распределялось между диодами, диоды шунтируются резисторами с одинаковыми значениями сопротивлений, каждое из которых значительно наименьшего из обратных сопротивлений диодов, но достаточно большим, чтобы не вызвать рост обратного тока. Обычно это значение выбирается в пределах от нескольких десятков до сотен кОМ.

К примеру, Uн = 624В, а диод имеет следующие справочные данные: Uобр max = 400В, Iобр max = 5μА. Это параметры, которым должны удовлетворять все диоды данного типа, то есть наихудшие. Более качественный диод данного типа вполне может иметь меньший обратный ток (к примеру, 1μА). Рассчитаем величину обратных соединений диодов:

R1 обр = 80МОм

R2 обр = 400Мом, при этом U1 обр = 104В, U2 обр = 520В> Uобр max, то есть второго, лучший диод выходит из строя.

Рассчитав по формуле = 8МОм и включив параллельно каждому из диодов резисторы, рассчитанного сопротивления, получим R\обр = 727Мом, при U\1 обр = 301В, U\2 обр = 323В< Uобр max.

Иногда в электрических схемах применяют параллельное соединение диодов для получения прямого тока, значение которого больше предельного значения тока одного диода.

Из-за разброса ВАХ диоды по току получают различную нагрузку. По этой причине для выравнивания значений токов, протекающих через них, применяют уравнительные добавочные резисторы, на которые падает излишнее напряжение. Практически параллельное соединение более 3-х диодов не применяется.

, где - среднее падение напряжения на диоде с прямым включением; Необходим ток для компенсации напряжения на втором диоде.

К примеру, есть диоды со следующими данными, взятыми из справочника.

Рассчитываем

Для другого, лучшего диода этого типа (на переходе падает 0,6В и 0,07 на p и n областях), а значит .

Получаем: и лучший диод выходит из строя.

и получаем . При этом

Используется редко из-за большой потери мощности и относительно невысокого КПД.

Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей. Диоды в схемах выпря-

мителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. В случае если взять один диод, то ток в

нагрузке будет протекать за одну половину периода, в связи с этим такой выпрямитель принято называть

однополупериодным. Его недостаток – малый КПД.

Значительно чаще применяются двухполупериодные выпрямители.

Стабилитроны – полупроводниковые диоды, работающие на обратной ветви ВАХ в области, где изменение напряжения электрического пробоя слабо зависит от значения обратного тока и применяется для стабилизации напряжения.

Односторонний стабилитрон

Двусторонний стабилитрон

Основными параметрами стабилитронов являются:

Uст - напряжение стабилизации при номинальном значении тока;

Iст min - минимальный ток стабилизации, при котором возникает устойчивый пробой;

Iст max максимальный ток стабилизации, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает допустимого значения;

Rст - дифференциальное сопротивление, характеризующее изменение напряжения стабилизации при изменении тока: Rст =DU/DI

ВАХ стабилитрона ВАХ стабилитрона

При рассмотрении ВАХ стабилитрона видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который должна быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. Стабилитроны изготавливаются исключительно из кремния, их также еще называют опорными диодами, т. к. в ряде случаев получаемое от них стабильное напряжение используется в качестве опорного. При обратном токе напряжение стабилизации меняется незначительно. Стабилитрон работает при обратном напряжении.

Принцип работы поясняет схема параметрического стабилизатора напряжения. Нагрузка включена параллельно стабилитрону, в связи с этим в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменение входного напряжения будет поглощаться резистором Rогр, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ еще называют балластным. Сопротивление этого резистора должно быть определенного значения и его обычно рассчитывают для средней точки. В случае если входное напряжение будет изменяться, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, следовательно, и на нагрузке, будет оставаться постоянным.

При напряжениях меньше 7В имеет место полевой (туннельный) пробой, больше 15В - лавинный пробой, от 7 до 15В - смешанный пробой. Пробои в стабилитронах обратимы.

В схемах со стабилитроном должен быть ограничивающий резистор.

Динамическое сопротивление, определяющее качество стабилитрона: (чем меньше, тем лучше)

Статическое сопротивление:

Коэффициент качества: =0,01 – 0,05

Температурный коэффициент напряжения: ТКН = (0,2 – 0,4%)/°С

Недостаток стабилитрона: при малых токах стабилизации <3 мА увеличивается и существенную роль играют шумы.

Стабисторы - это полупроводниковые диоды, аналоги стабилитронов, но в отличие от последних у стабисторов используется не обратное напряжение, а прямое. Значение этого напряжение мало зависит от тока в некоторых пределах. Напряжение стабилизации стабисторов обычно не более 2 вольт, чаще всего 0,7 В при токе до нескольких десятков мА. Особенность стабисторов - отрицательный температурный коэффициент напряжения, т. е. напряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. По этой причине стабисторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, соединяя их с обычными стабилитронами, имеющими положительный ТКН при условии непревышения тока самого слаботочного из них

Напряжения при этом складываются. Согласное параллельное включение не используется. Встречное параллельное и последовательное включение позволяет получить при крайне важно сти разные уровни ограничиваемого напряжения для разных полярностей переменного тока, протекающего через нагрузку.

Варикапы - п/п нелинейный управляемый конденсатор, сконструированный таким образом, чтобы потери в диапазоне рабочих частот были минимальными. В варикапах используется свойство p – n перехода изменять свою барьерную емкость под действием внешнего запирающего нарпяжения. Диффузионная ёмкость в связи с её зависимостью от температуры и частоты, а главное с тем, что она шунтирована низким сопротивлением прямосмещённого р-n перехода использовать не представляет возможным. Барьерная ёмкость при обратном смещении р-n перехода широко используется. В качестве варикапов можно использовать стабилитроны с напряжением ниже напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, а обратное сопротивление очень велико.

Добротность:

Применяют в электронных устройствах для настройки частоты параллельных колебательных контуров, в избирательных усилителях и генераторах (к примеру, с целью выбора телевизионных и радиопрограмм).

Тоннельные диоды – диоды, в базе которых использован туннельный эффект. Любой двухполюсник, имеющий на ВАХ участок отрицательного дифференциального сопротивления, может использоваться как усилитель или генератор, но не оправдали надежд, так как подвержены временной деградации.

Тоннельный эффект. Тоннельный эффект (открыт в 1958 году в Японии) проявляется на p-n переходе в вырожденных полупроводниках.

Вырожденный полупроводник - ϶ᴛᴏ полупроводник с очень высокой концентрацией донорной или акцепторной примеси. (Концентрация – 1024 атомов примеси на 1 куб. см. полупровод-

ника).

В вырожденных полупроводниках очень тонкий p-n переход: его ширина составляет сотые доли микрона, а напряжённость внутреннего поля p-n перехода составляет Ep-n ≈ 108 B/м, что обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Размещено на реф.рфОсновные носители заряда не могут преодолеть данный потенциальный барьер, но за счёт малой его ширины как бы механически пробивают в нём тоннели, через которые проходят другие носители зарядов. Следовательно, свойство односторонней проводимости на p-n переходе при тоннельном эффекте отсутствует, а ток через p-n переход будет иметь три составляющие:

I = Iт.пр. Размещено на реф.рф– Iт.обр. Размещено на реф.рф+ Iпр., где Iт.пр. Размещено на реф.рф– прямой тоннельный ток, за счёт прохождения зарядов через тоннели при прямом включении;

Iт.обр. Размещено на реф.рф– обратный тоннельный ток, тот же самый, что и прямой, но при обратном включении;

Iпр. Размещено на реф.рф– прямой ток проводимости. Вызван носителями заряда, преодолевающими потенциальный барьер при относительно высоком прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика p-n перехода при тоннельном эффекте будет иметь вид, изображённый на рисунке .

На участке АВ прямой тоннельный ток уменьшается за счёт снижения потенциального барьера и в точке В он становится равным нулю, а ток проводимости незначительно возрастает. За счёт этого общий ток на участке АВ уменьшается. Особенностью тоннельного эффекта является то, что на участке АВ характеристики имеет место отрицательное динамическое сопротивление:

Тоннельный эффект применяется в тоннельных диодах, которые используются в схемах генераторов гармонических колебаний и как маломощные бесконтактные переключающие устройства.

Обращенные диоды – разновидность туннельных, не имеющие на ВАХ участки отрицательного дифференциального сопротивления, используются для выпрямления малых сигналов (за счёт большой крутизны обратной диодной характеристики).

Диод Шоттки – диод, полученный путём металлизации p-проводника. У него отсутствует Сдиф, что позволяет увеличить быстродействие диода на порядок, имеет малое прямое напряжение (Uпр < 0,3В), но имеет большие обратные токи (сотни мА) и малое пробивное напряжение (<200В).

Образование перехода Шоттки.

Переход Шоттки возникает на границе раздела металла и полупроводника n-типа, причём металл должен иметь работу выхода электрона большую, чем полупроводник.

При контакте двух материалов с разной работой выхода электронов электрон проходит из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, и ни при каких условиях - наоборот. Электроны из приграничного слоя полупроводника переходят в металл, а на их месте остаются некомпенсированные положительные заряды ионов донорной примеси.

В металле большое количество свободных электронов, и, следовательно, на границе металл полупроводник возникает электрическое поле и потенциальный барьер. Размещено на реф.рфВозникшее поле будет тормозящим для электронов полупроводника и будет отбрасывать их от границы раздела. Граница раздела металла и полупроводника со слоем положительных зарядов ионов донорной примеси принято называть переходом Шоттки (открыт в 1934 году).

Прямое и обратное включение диодов Шоттки.

В случае если приложить внешнее напряжение плюсом на металл, а минусом на полупроводник, возникает внешнее электрическое поле, направленное навстречу полю перехода Шоттки. Это внешнее поле компенсирует поле перехода Шоттки и будет являться ускоряющим для электронов полупроводника. Электроны будут переходить из полупроводника в металл, образуя сравнительно большой прямой ток. Такое включение принято называть прямым. При подаче минуса на металл, а плюса на полупроводник возникает внешнее электрическое поле, сонаправленное с полем перехода Шоттки. Оба этих поля будут тормозящими для электронов полупроводника, и будут отбрасывать их от границы раздела. Оба этих поля будут ускоряющими для электронов металла, но они через границу раздела не пройдут, так как у металла больше работа выхода электрона. Такое включение перехода Шоттки принято называть обратным.

Обратный ток через переход Шоттки будет полностью отсутствовать, так как в металле не су-

ществует небазовых носителей зарядов.

Достоинства перехода Шоттки:

- отсутствие обратного тока;

- переход Шоттки может работать на СВЧ;

- высокое быстродействие при переключении из прямого состояния в обратное и наоборот.

Недостаток – стоимость. В качестве металла обычно применяют золото.

В качестве генераторных и усилительных диодов на СВЧ могут так же использоваться лавинно-пролетные диоды и диоды Гана, которые в последнее время были вытеснены арсенид галлиевыми СВЧ полевыми транзисторами за счёт их лучших шумовых и усилительных характеристик.

Эффект Гана проявляется в полупроводниках n-типа проводимости в сильных электрически

полях.

Участок ОА – линейный участок, на котором соблюдается закон Ома. Участок АВ – при срав-

нительно больших напряжённостях электрического поля уменьшается подвижность электро-

нов (показывает, как легко электроны проходят сквозь кристаллическую решётку проводника)

за счёт увеличения амплитуд колебания атомов в узлах кристаллической решётки. И за счёт

этого рост тока замедляется. Участок ВС – сильное уменьшение подвижности электронов, что

приводит к уменьшению тока. Участок CD – при очень больших напряжённостях значительно

увеличивается генерация носителей зарядов и, хотя подвижность электронов уменьшается, ток

возрастает за счёт увеличения количества зарядов.

Сущность эффекта Гана состоит в том, что если в полупроводнике создать напряжённость

электрического поля, большую Екр, но меньшую Епор, т. е. на участке ВС характеристики, то

в полупроводнике возникнут электрические колебания сверхвысокой частоты (СВЧ).

Эффект Гана применяется в диодах Гана, которые используются как маломощные генераторы

СВЧ.

Беспереходные полупроводниковые приборы. Терморезисторы (термисторы, позисторы, терморезисторы с косвенным подогревом), варисторы, тензорезисторы, магниторезисторы, датчик Холла, основные характеристики. Области их применения

Полупроводниковым резистором принято называть полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления проводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

Терморезисторы– полупроводниковые приборы, в которых используется R = f(T). При нагревании сопротивление уменьшается.

ТКС характеризует изменение параметров (сопротивления), в процентах.

Термистор – терморезистор с отрицательным ТКС - выполняют функцию защиты выпрямительных импульсных блоков питания от больших зарядных токов конденсаторов, фильтров при включении.

Позистор– терморезистор с положительным ТКС – используются для уменьшения тока через петлю размагничивания кинескопов мониторов и телевизоров через несколько секунд после включения.

ММТ – медно-марганцевые

КМТ – кобальто-марганцевые

У КМТ температурный коэффициент в 2 раза выше, чем у ММТ

Терморезисторы используются так же для измерения температуры, для поддержания температуры в заданных пределах, в системах автоматической регулировки усиления; терморезисторы с косвенным подогревом используются для гальванической развязки двух цепей в системах автоматизации и управления.

Гальваническая развязка необходима в трансформаторах для передачи постоянного напряжения

Здесь терморезистор используется для ограничения тока заряда конденсатора.

Варистор – п/п резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Используется для защиты входных и выходных цепей электронных устройств, а так же ЛЭП от кратковременных всплесков напряжения. В отличие от стабилитронов рассеивает в своем объёме большую импульсную мощность (в стабилитроне – только в узкой области p-n-перехода).

1. У стабилитрона рассеивание мощности происходит в области p-n –перехода, а у варистора оно происходит а объёме, в связи с этим он допускает гораздо большие мощности. Это используется для ограничения импульсных выбросов напряжения в силовых и телефонных сетях.

2. Варистор выходит из строя таким образом, что его сопротивление будет равным нулю, а при выходе из строя стабилитрона он обугливается, следовательно, происходит выход из строя следующего элемента͵ т.о. варистор приводит к короткому замыканию, а это значит, что выходит из строя только предохранитель.

Тензорезистор - п/п резистор, сопротивление которого зависит от механической деформации. Бывают проволочные, фольговые, полупроводниковые. При механической деформации появляются дополнительные энергетические уровни в запрещенной зоне и уменьшается сопротивление п/п.

Недостаток: низкая температурная и стабильность.

Достоинства: высокая чувствительность.

Используются для измерения деформаций, сил, моментов сил с учётом направления; для измерения массы.

referatwork.ru

1.Полупроводниковые диоды, принцип действия, характеристики:

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД - полупроводниковый прибор с двумя электродами, обладающий односторонней проводимостью. К полупроводниковым диодам относят обширную группу приборов с p-n-переходом, контактом металл - полупроводник и др. Наиболее распространены электропреобразовательные полупроводниковые диоды. Служат для преобразования и генерирования электрических колебаний. Один из основных современных электронных приборов. Принцип действия полупроводникового диода: В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя сопротивление очень велико и ток перекрыт. Характеристики:

2.Полупроводниковые диоды, прямое и обратное включение, вах:

Прямое и обратное включение:

При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.

Повышенная диффузия носителей зарядов через переход привод к повышению концентрации дырок в области n-типа и электронов в области p-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей. Неравновесные неосновные носители диффундируют вглубь полупроводника и нарушают его электронейтральность. Восстановление нейтрального состояния полупроводника происходит за счет поступления носителей зарядов от внешнего источника. Это является причиной возникновения тока во внешней цепи, называемого прямым.

При включении p-n-перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в p-n-переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.

Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. Поскольку количество дрейфующих неосновных носителей не зависит от приложенного напряжения (оно влияет только на их скорость), то при увеличении обратного напряжения ток через переход стремиться к предельному значению IS , которое называется током насыщения. Чем больше концентрация примесей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

ВАХ:

На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»).

Синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. На рисунке не указаны единицы измерения для осей тока и напряжения, так как они зависят от конкретной марки диода.

Для начала определим, как и для любой плоской системы координат, четыре координатных угла (квадранта). Напомню, что первым считается квадрант, который находится справа вверху (то есть там, где у нас буквы Ge и Si). Далее квадранты отсчитываются против часовой стрелки.

Итак, II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация, когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс» и «минус». Точнее, это возможно, но тогда это будет короткое замыкание. Остаётся рассмотреть только два случая – прямое включение диодаиобратное включение диода.

График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В. Именно это напряжение, как говорят, «падает» на диоде. Эти 0,5…1 В и есть падение напряжения на диоде. Медленный рост тока до напряжения 0,5…1В означает, что на этом участке ток через диод практически не идёт даже в прямом направлении.

График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно. Если увеличить, напряжение, например, до нескольких сотен вольт, то это высокое напряжение «пробьёт» диод, и ток через диод будет течь. Вот только «пробой» - это процесс необратимый (для диодов). То есть такой «пробой» приведет к выгоранию диода и он либо вообще перестанет пропускать ток в любом направлении, либо наоборот – будет пропускать ток во всех направлениях.

В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение – то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном направлении. Это нужно обязательно учитывать при разработке устройств, где применяются диоды.

Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию.

studfiles.net