Назначение и классификация полупроводниковых диодов: технические характеристики

Выпрямительные диоды 1) Общая характеристика выпрямительных диодов 2) Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей 1) Общая характеристика выпрямительных диодов. Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур, по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток.

2) Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей. Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным. Его недостаток – малый КПД.

Значительно чаще применяются двухполупериодные выпрямители. В течение положительного полупериода напряжения Ua (+) диоды VD 1 и VD 4 открыты, а VD 2 и VD 3 – закрыты. Ток будет протекать по пути: верхняя ветвь (+), диод VD 1, нагрузка, диод VD 4, нижняя ветвь (-).

В течение отрицательного полупериода напряжения Ua диоды VD 1 и VD 4 закрываются, а диоды VD 2 и VD 3 открываются. Ток будет протекать от (+), нижняя ветвь, диод VD 3, нагрузка, диод VD 2, верхняя ветвь (-). Поэтому ток через нагрузку будет протекать в одном и том же направлении за оба полупериода.

Схема выпрямителя называется двухполупериодной.

Если понижающий трансформатор имеет среднюю точку, то есть вывод от середины вторичной обмотки, то двухполупериодный выпрямитель может быть выполнен на двух диодах

Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды 1) Стабилитроны. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения.

Стабилизация – поддержание какого-то уровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые.

Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в полупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой.

Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включается обратным включением Резистор Ro задаёт ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка к среднему значению между Iст. min и Iст. max. Такое значение тока называется номинальным током стабилизации. Принцип действия.

При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro может уменьшаться, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутся постоянными, исходя из вольтамперной характеристики.

При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон и URo увеличивается, а напряжение на нагрузке всё равно остаётсяпостоянным и равным напряжению стабилизации.

Вывод: стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст. min до Iст. max. • • Основные параметры стабилитронов: Напряжение стабилизации Uст. Минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст. min, Iст. max, Iст. ном. ΔUст. – изменение напряжения стабилизации. Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации:

Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисторами. Стабисторы – для стабилизации напряжения менее 3 В, и у них используется прямая ветвь ВАХ Применяются стабисторы в прямом включении.

2) Варикапы. Варикапом называется полупроводниковый диод, у которого в качестве основного параметра используется барьерная ёмкость, величина которой варьируется при изменении обратного напряжения.

Если к p-n переходу приложить обратное напряжение, то ширина потенциального барьера увеличивается.

При подключении обратного напряжения ширина перехода ΔХ увеличивается, следовательно, барьерная ёмкость будет уменьшаться. Основной характеристикой варикапов является вольт-фарадная характеристика С=f(Uобр).

Основные параметры варикапов: • Максимальное, минимальное и номинальное значение ёмкости варикапа. • Коэффициент перекрытия -отношение максимальной ёмкости к минимальной. • Максимальное рабочее напряжение варикапа.

3) Фотодиоды. Фотодиодом называется фотогальванический приёмник излучения, светочувствительный элемент которого представляют собой структуру полупроводникового диода без внутреннего усиления.

Принцип действия.

При облучении полупроводника световым потоком Ф возрастает фотогенерация собственных носителей зарядов, что приводит к увеличению количества как основных, так и неосновных носителей зарядов.

Однако фотогенерация в значительной степени будет влиять на обратный ток, так как неосновных носителей зарядов значительно меньше, чем основных. Для фотодиодов Iобр – это фототок.

Зависимость фототока Iф от величины светового потока Iф=f(Ф) Спектральная характеристика – это зависимость фототока от длины волны светового излучения Iф=f(λ).

4) Светодиоды. Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения. Принцип действия.

При прямом включении основные носители заряда переходят через p-n переход и там рекомбинируют. Рекомбинация связана с выделением энергии. Для большинства полупроводниковых материалов это энергия тепловая. Только для некоторых типов на основе арсенида галлия ширина запрещённой зоны ΔW достаточно велика, и длина волны лежит в видимой части спектра. При обратном включении через p-n переходят неосновные носители заряда в область, где они становятся основными.

Рекомбинация и свечение светодиода отсутствуют.

Основные характеристики: а) Яркостная характеристика – это мощностная зависимость излучения от прямого тока Pu=f(Iпр). б) Спектральная характеристика – это зависимость мощности излучения от длины волны Pu=f(λ).

Основные параметры: • яркость свечения при максимальном прямом токе; • полная мощность излучения Pu. max.

Импульсные, высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды 1) Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных цепях с длительностями импульсов от нескольких нс до нескольких мкс. Рассмотрим работу обычного p-n перехода при подаче на него импульсного напряжения.

В промежуток времени от 0 до t 1 p-n переход закрыт. В момент t 1 p-n переход открывается, но ток через него и через нагрузку достигает своего максимального, то есть установившегося значения, не мгновенно, а за время tуст. , которое необходимо для заряда барьерной ёмкости p-n перехода. В момент времени t 2 p-n переход почти мгновенно закрывается.

Область pпроводимости оказывается насыщенной неосновными носителями зарядов, то есть электронами. Не успевшие рекомбинировать электроны под действием поля закрытого p-n перехода возвращаются в n-область, за счёт чего сильно возрастает обратный ток. По мере ухода электронов из p-области обратный ток уменьшается, и через время tвосст.

p-n переход восстанавливает свои «закрытые» свойства.

2) Диоды ВЧ. Это универсальные диоды, которые могут быть детекторными, модуляторными, импульсными при достаточных длительностях импульса, и даже выпрямительными при малых токах нагрузки.

Основное отличие ВЧ диодов – обратная ветвь вольтамперной характеристики плавно понижается (увеличивается обратный ток, постепенно переходя в область электрического пробоя).

Такое понижение обратной ветви ВАХ объясняется усиленной термогенерацией собственных носителей зарядов на малой площади p-n перехода.

3) СВЧ диоды. На СВЧ используются диоды Шоттки и диоды с p-n переходом, площадь которого значительно меньше, чем у точечных. Заострённая вольфрамовая проволока в виде пружины прижимается к базе с определённым усилием, за счёт чего образуется очень малой площади p-n переход.

Источник: https://present5.com/poluprovodnikovye-diody-tema-3-ustrojstvo-klassifikaciya-i-osnovnye/

Характеристики полупроводникового диода: детальный разбор

При самостоятельной сборке различных электроприборов не обойтись баз такого изделия, как полупроводниковый диод. Это устройство применимо для работы многих приборов, которые люди собирают в домашних лабораториях.

Но для того чтобы применять такое устройство, необходимо знать некоторые его особенности: его виды (типы) и их характеристики (например, ВАХ или вольт амперная характеристика), принцип действия, и многое другое.
Обо всем этом вы узнаете из нашей статьи.

Начнем с азов

Диод представляет собой полупроводниковое двухвыводное радиоэлектронное устройство, которое обладает вольт амперной характеристикой или ВАХ. Благодаря ВАХ электрический ток по изделию может течь только по одному направлению.

Это направление определяется в ситуации, когда при прямом смещении сопротивление будет практически равно нулю.

При другом направлении нелинейная ВАХ, как особая характеристика изделия, не позволяет току протекать, поскольку в этом случае сопротивление будет велико.

Устройство изделия

На ВАХ основано исследование данных типов компонентов. Реферат о свойствах диодных полупроводников можно написать про ВАХ, различные виды изделий, а также о том, какой их общий принцип работы.

При этом реферат будет содержать в каждом случае разную информацию, так как здесь сложно изложить суть в кратком объеме.

После того, как мы разобрались, что собой представляет диод, можно выяснить основные моменты его полупроводникового вида.

Полупроводниковый диод (диодный вентиль) представляет собой изделие, изготовленное из полупроводниковых материалов (зачастую кремния). Поскольку у него есть вольт амперная характеристика, то ток здесь может течь только в одном направлении.

Главным компонентом такого электрического элемента является кристаллическая часть, в которой есть p-n переход. Переход подключен к двум электрическими контактами. Сама вакуумная трубка имеет два электрода: нагретый катод и пластину (анод).
Такая структура, а также принцип работы, позволяет применять их для:

• улучшения различных электронных схем;
• преобразования постоянного и переменного тока;
• усовершенствования различных устройств.

Реферат может более полно описать каждый способ применения.

О важном свойстве

ВАХ полупроводникового элемента

Самым важным параметром в характеристике полупроводниковых диодных компонентов электрических систем является ВАХ. Как уже говорилось выше, под ВАХ понимается вольт амперная характеристика диода.

Эта характеристика определяет зависимость тока, проходящего через p-n переход, к полярности, а также величине приложенного к нему напряжения.

Данная зависимость имеет вид кривой, представленной на рисунке снизу.

Рисунок изображает ВАХ для обратного и прямого типа включения.
Эта характеристика используется для создания эффективных электрических схем, предназначенных для самых разнообразных целей.

Как работает

Принцип действия, в своей основе, содержит свойства этого электронно-дырочного перехода. Здесь свойства перехода зависят от того, какая имеется вольт амперная характеристика (ее сильная асимметрия по отношению к нулю). Любой реферат расскажет об этом. Следовательно, принцип работы предполагает два типа включения:

• прямое. Здесь диод обладает слабым электросопротивлением, в связи с чем электрический ток и может течь. Это демонстрирует рисунок, который дополняет профильный реферат;

Прямое включение

• обратное. Ток прекращает течь при создании ситуации, когда напряжение меньше напряжения пробоя для имеющегося сопротивления. Такой рисунок тоже должен содержать любой тематический реферат.

Обратное включение

Данный принцип действия характерен почти для всех полупроводниковых диодов, за исключением ганна.

Варианты исполнения

Стабилитрон

На сегодняшний день полупроводниковый диод может быть представлен различными видами устройств. Их классификация основана на принципе действия, материале изготовления и т.д.
Существует и классификация, которая основана на области применения. Согласно ней выделяют следующие типы диодов:

• импульсные;
• стабилитроны;
• точечные;
• сплавные;
• лазер;
• светодиоды;
• варикапы и прочие типы.

Специальный реферат о каждом виде расскажет более детально, указав особенности работы, вольт амперные характеристики, свойства и т.д. для каждого типа.

Обратите внимание! Такие диоды часто применяются как выпрямительный поликристаллический аналог мостов.

Помимо этого существует и друга классификация данной продукции, основанная на функциональном предназначении:

• выпрямительный. Такие диоды предназначены для того чтобы выпрямлять переменный ток. Здесь коэффициент выпрямления будет равен отношению прямого и обратного токов (напряжение равное);
• высокочастотный. Как правило, с ними проводят исследование, связанное с работой приборов сверхвысокой и высокой частоты. Часто применяются для детектирования, а также моделирования сверхвысокочастотных колебаний. Частота может доходить до сотен мегагерц;
• варикапы. Их принцип работы базируется на изменении свойств емкости электронно-дырочного перехода. Емкость может меняться в зависимости от обратного прикладываемого напряжения;
• туннельный. Здесь усиление туннельного эффекта p-n-перехода достигается за счет использования больших концентраций различных легирующих примесей.

Данная классификация применяется чаще всего.
Также типы диодов различаются по конструкции. Они могут быть:

• плоскими;
• точечными;
• микросплавными.

По делению в зависимости от мощности, выделяют такие типы:

• мощные;
• средней мощности;
• маломощные.

По параметру частоты данная продукция делится на:

• высокочастотные;
• низкочастотные;
• СВЧ.

Разнообразие диодов

Полупроводниковые диоды имеют большое количество делений по классам, мощностям, частотам и прочим параметрам, что демонстрирует их широкое применение.

Отдельный подвид

Особняком в классификации полупроводниковых типов диодов стоит ганна. Это связано с тем, что данное устройство не имеет типичного для всех перечисленных выше диодов p-n-перехода.
Диод ганна обладает дифференциальным отрицательным сопротивлением. Из-за этого ганна часто используется в роли генератора малой мощности при формировании микроволн.

Строение диода ганна

Диод ганна в своей конструкции имеет полупроводник N-типа. В этом проводнике электроны выступают в роли основных носителей заряда. На рисунке, где изображено строение диода ганна, видна активная область.

Она представляет собой низколегированный слой арсенида галлия. С двух сторон активной области наращиваются специальные эпитаксиальные слои из высоколегированного GaAs.

Толщина слоя составляет примерно 8-10 микрометров.

В результате активная область получается зажатой между 2-мя зонами, оснащенными омическими контактами.

Это дает возможность обеспечить эффективный теплоотвод, который помогает избежать перегрева или повреждения выхода диода. На таком строении и основан эффект ганна, который применяется при формировании микроволн.

Как видим, диод ганна имеет совершенно иное строение, чем привычные нам изделия, обладающие p-n-переходом.

Достоинства продукции

Все варианты полупроводниковых диодов имеют следующие преимущества, которые сделали их постоянными составляющими многих электрических схем:

• высокие пропускные способности;
• полная взаимозаменяемость;
• невысокая стоимость, поэтому данный тип изделий может использоваться для улучшения разнообразных электрических схем. По кошельку такая модернизация уж точно не ударит;
• доступность, купить их не составит проблемы.

Обратите внимание! Найти такие диоды можно в любом радиотехническом магазине или рынке. При этом можно достать как отечественные изделия, так и зарубежную продукцию.

Что обозначает маркировка

Маркировка на диодах

Каждый полупроводниковый диодный элемент обладает определенной маркировкой. Она может отличаться в зависимости от характеристик изделия, его вида, мощности и прочих параметров.

Маркировка, которая нанесена на такого рода компоненты электрических схем, является аббревиатурой и отражает параметры устройства. К примеру, маркировка КД196В расшифровывается следующим образом:

• кремниевый диод, имеющий напряжение пробоя до 0,3 В;
• напряжение 9,6 (цифра 96);
• модель третьей разработки.

Чтобы приобрести необходимый полупроводник, нужно внимательно изучить маркировку и знать, как она расшифровывается.

Заключение

Полупроводниковые диоды обладают просто огромным разнообразием форм и видов. Каждый отдельный тип имеет свои уникальные характеристики и свойства, что позволяет использовать его в конкретной ситуации.

Этот факт следует учитывать при приобретении таких компонентов электрической схемы для электроприборов, чтобы купить действительно нужный.

Надеемся, наша статья помогла вам разобраться во многих нюансах и тонкостях этой разновидности радиотехнических устройств.

Полезные материалы

Источник: https://1posvetu.ru/montazh-i-nastrojka/poluprovodnikovyj-diod.html

Разновидности полупроводниковых диодов

Стабилитрон

Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 1.44, а.

В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно. Говорят, что стабилитрон стабилизирует напряжение. Изобразим для примера вольт-амперные характеристики кремниевого стабилитрона Д814Д (рис. 1.45).

В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удельного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоко­вольтных) — лавинный пробой.

• Основными являются следующие параметры стабилитрона: uст— напряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя); iст.мин — минимально допустимый ток стабилизации;
• iст.макс— максимально допустимый ток стабилизации;
• rт — дифференциальное сопротивление стабилитрона (на участке пробоя), rт = du / di;
• αuст (ТКН) — температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Величины u ст, iст.мин и iст.макс принято указывать как положительные.

Не рекомендуется использовать стабилитрон при обратном токе, меньшем по модулю, чем i ст.

мин, так как стабилизация напряжения при этом будет неудовлетворительной (дифференциальное сопротивление будет чрезмерно большим). Если же обратный ток по модулю превысит i ст.

макс, то стабилитрон может перегреться, начнется тепловой пробой и прибор выйдет из строя. Чем меньше величина rт, тем лучше стабилизация напряжения.

Пусть при температуре t1 напряжение стабилизации было равно u ст1 . Тогда при температуре t2 напряжение стабилизации u ст2 можно в соответствии с определением α u ст вычислить по формуле uст2=uст1+uст1· αuст· ( t2 — t1)

У стабилитронов с туннельным пробоем коэффициент аист отрицателен: α uст< 0. У стабилитронов с лавинным пробоем коэффициент αu ст положителен: α uст> 0.

Иногда стабилитрон с лавинным пробоем включают последовательно с диодом, работающим в прямом направлении. У диода соответствующий температурный коэффициент отрицательный, и он компенсирует положительный коэффициент стабилитрона.

Для стабилитрона Д814Д (при t = 25 ° С): iст.мин= 3 мА,iст.макс= 24 мА, rт — не более 18 Ом,αu ст — не более 0,00095 1/ ° С.

Для примера применения стабилитрона обратимся к схеме так называемого параметрического стабилизатора напряжения (рис. 1.46).

Легко заметить, что если напряжение uвх настолько велико, что стабилитрон находится в режиме пробоя, то изменения этого напряжения практически не вызывают изменения напряжения ивых (при изменении напряжения uвх изменяется только ток i, а также напряжение uR: uR = i · R).

В режиме пробоя отсутствует инжекция неосновных носителей, и поэтому нет накопления избыточных зарядов. Вследствие этого стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Стабистор

Это полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участке почти вертикальная). Стабистор предназначен для стабилизации малых напряжений.

Диод Шоттки

В диоде Шоттки используется не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металл-полупроводник. Условное графическое обозначение диода Шоттки представлено на рис. 1.44, б.

Обратимся к соответствующей зонной диаграмме (рис. 1.47), которую полезно сравнить с зонной диаграммой для невыпрямляющего контакта.

Для выпрямляющего контакта металл-полупроводник n-типа характерно то, что контактная разность потенциалов φмп = φм — φп положительна: φмп > 0.

Энергетические уровни, соответствующие зоне проводимости, в полупроводнике заполнены больше, чем в металле. Поэтому после соединения металла и полупроводника часть электронов перейдет из полупроводника в металл.

Это приведет к уменьшению концентрации электронов в полупроводнике n -типа. Возникнет область полупроводника, обедненная свободными носителями электричества и обладающая повышенным удельным сопротивлением.

В области перехода появятся объемные заряды и образуется потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему переходу электронов из полупроводника в металл.

Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n-типа, то потенциальный барьер понизится и через переход начнет протекать прямой ток. При противоположном подключении потенциальный барьер увеличивается и ток оказывается очень малым.

При работе диода Шоттки отсутствуют инжекция неосновных носителей и соответствующие явления накопления и рассасывания, поэтому диоды Шоттки — очень быстродействующие приборы, они могут работать на частотах до десятков гигагерц ( 1 ГГц = 1 · 109 Гц).

У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) — около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых приборов.

Для примера изобразим прямые ветви вольт-амперных характеристик (рис. 1.48) кремниевого диода КД923А с барьером Шоттки (диода Шоттки), предназначенного для работы в импульсных устройствах.

Для него iпр.макс= 100 мА,u обр.макс= 14В (при t < 35°C), время жизни носителей заряда — не более 0,1 не, постоянный обратный ток при uобр =10 В и t = 25°С — не более 5 мкА.

Варикап

Это полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве конденсатора, емкость которого управляется напряжением. Условное графическое обозначение варикапа представлено на рис. 1.44, в.

На варикап подают обратное напряжение. Барьерная емкость варикапа уменьшается при увеличении (по модулю) обратного напряжения. Характер изменения емкости у варикапа такой же, как и у обычного диода.

Туннельный диод

Это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Условное графическое обозначение туннельного диода представлено на рис. 1.44, г.

Для примера изобразим (рис. 1.49) прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного усилительного диода 1И104А (iпр.макс= 1мА — постоянный прямой ток,

uобр.макс = 20 мВ), предназначенного для усиления в диапазоне волн 2… 10 см (это соответствует частоте более 1 ГГц).

Общая емкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8…1,9 пФ. Полезно отметить, что проверка диода тестером не допускается. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах — более 1 ГГц.

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обеспечивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов.

В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Обращенный диод

Это полупроводниковый диод, физические явления в котором подобны физическим явлениям в туннельном диоде, поэтому зачастую обращенный диод рассматривают как вариант туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обращенного диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (отличающаяся очень малым падением напряжения) используется в качестве прямой ветви «обычного» диода, а прямая ветвь — в качестве обратной ветви. Отсюда и название — обращенный диод.

Условное графическое обозначение обращенного диода представлено на рис. 1.44, д.

Изобразим для примера вольт-амперные характеристики германиевого обращенного диода 1И104А (рис. 1.50), предназначенного, кроме прочего, для работы в импульсных устройствах (постоянный прямой ток iпр.макс — не более 0,3 мА, постоянный обратный ток i обр.макс — не более 4 мА (при t < 35°С), общая емкость в точке минимума вольт-амперной характеристики 1,2 … 1,5 пФ).

Источник: https://pue8.ru/silovaya-elektronika/829-raznovidnosti-poluprovodnikovykh-diodov.html

Полупроводниковый диод

Радиоэлектроника для начинающих

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа.

Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники.

Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс.

Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока.

Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами.

Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость».

При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа.

Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs).

Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа.

Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много.

Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

• Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.
  
• Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.
• Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.
• Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.
  
• СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.
• Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.
• Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.
• Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.
• Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.
  
• Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03).

Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи.

При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

• U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.
• U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).
  Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.
• I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.
• I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.
• U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/diod.html

Полупроводниковый диод: устройство, принцип работы и основные виды :

Когда-то, на заре развития радиотехники, одним из первых активных элементов, вызвавших настоящую революцию в создании всевозможных схем, считалась электронная лампа. Она была довольно большой и дорогой. Но уже в первые десятилетия прошлого века были изобретены детекторные приемники.

Принципиальные схемы этих устройств стали весьма популярными у радиолюбителей, поскольку в каждой из них использовался сравнительно дешевый полупроводниковый диод. Именно из его первоначального названия такие радиоприемники назывались детекторными. А сейчас этот элемент попросту называют диодом.

На схемах этот прибор обозначают треугольником с вертикальной черточкой у вершины, параллельной его основанию, а на вид он чем-то напоминает обычный резистор, часто имеющий на одном конце «шляпку».

Принцип работы полупроводникового диода

Устройство данного элемента состоит всего из двух слоев полупроводника, в роли которого часто используют германий либо кремний. Первый из них обладает электропроводимостью n-типа (негатив), а второй – электропроводимостью p-типа (позитив). На их границе образуется так называемый «p-n»-переход.

При этом зона «р» выступает в качестве анода, а область «n» — в роли катода. Благодаря такому устройству полупроводниковый диод содержит в себе свободные частицы противоположных зарядов.

В слое «р» имеются положительные ионы, которые называют «дырками», а в слое «n» – отрицательно заряженные свободные электроны.

Если на катод подать «плюс», а на анод «минус», однополярные заряды станут отталкиваться, на границе перехода между зонами возникнет движение частиц и полупроводниковый диод станет пропускать ток. Но стоит поменять полярность подключения, как ионы потянутся к минусу, а электроны будут дрейфовать к плюсу, и в итоге в «р-n»-переходе не окажется носителей зарядов. Всякое движение внутри такого элемента прекратится, и электрический ток остановится. В этом состоянии полупроводниковый диод закрыт. Данное свойство этого элемента нашло себе широчайшее применение в радиоэлектронике, но превращение тока из переменного в постоянный – это далеко не единственная его функция. Давайте рассмотрим, для чего еще использую этот прибор.

Каким бывает полупроводниковый диод

Внешне все разновидности этого радиоэлемента очень похожи друг на друга. Отличия характерны лишь для некоторых групп, которые отличаются как по ряду параметров, так и по своей конструкции. Попробуем выделить самые распространенные модификации полупроводниковых диодов:

1. Выпрямительный. Как нетрудно догадаться по названию, этот тип используется для получения постоянного тока.
2. Стабилитрон. Применяется для стабилизации выходного напряжения.
3. Полупроводниковый диод Ганна. Используется для генерирования частот диапазоном до десятков гигагерц.
4. СВЧ-диод. Отличается определенными конструктивными особенностями и применяется в устройствах, работающих на сверхвысоких и высоких частотах.
5. Импульсный диод. Для него характерно высокое быстродействие и малое время восстановления. Такой тип применяется в различных видах импульсной техники (например, в импульсном блоке питания).
6. Диод Шотки. Предназначен для работы в стабилизаторах напряжения, а также в импульсных преобразователях.
7. Лавинно-пролетный диод. Способен генерировать частоты вплоть до 180 ГГц.
8. Светодиод. У этого типа очень широкий спектр применения. Его также часто используют в различных альтернативных осветительных приборах.
9. Фотодиод. Имеет миниатюрную линзу и управляется световым потоком. В зависимости от своей разновидности может функционировать как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне спектра.
10. Твердотельный лазер. Используется для считывания и записи данных на оптические диски. Пример использования: бытовые CD/DVD-плееры.

Сложно представить себе нынешнее развитие технологий без этого замечательного небольшого прибора.

Источник: https://www.syl.ru/article/110956/poluprovodnikovyiy-diod-ustroystvo-printsip-rabotyi-i-osnovnyie-vidyi

Полупроводниковые диоды: назначение, классификация, маркировка и обозначение в схемах

Полупроводниковый диод — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство электрического перехода (незначительная коррекция данного определения может понадобиться лишь для очень узкого круга приборов, например, для некоторых диодов СВЧ и прецизионных стабилитронов).

К противоположным областям выпрямляющего электрического перехода привариваются или припаиваются металлические выводы, и вся система заключается в металлический, металлокерамический, стеклянный или пластмассовый корпус.

Область полупроводникового кристалла диода, имеющая более высокую концентрацию примесей (следовательно, и основных носителей заряда), называется эмиттером, а другая, с меньшей концентрацией, — базой.

По аналогии с электровакуумными диодами, ту сторону диода, к которой при прямом включении подключается отрицательный полюс источника питания, часто называют катодом, а другую — анодом.

В зависимости от области применения полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы:

• выпрямительные,
• универсальные,
• импульсные,
• сверхвысокочастотные,
• стабилитроны,
• варикапы,
• туннельные,
• обращенные,
• фотодиоды,
• светоизлучающие диоды,
• генераторы шума,
• магнитодиоды.

По конструктивному исполнению полупроводниковые диоды делятся на плоскостные и точечные, а по технологии изготовления на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные (следует понимать, что существует множество разных подвидов этих технологий).

В плоскостных диодах электрический переход имеет линейные размеры значительно большие толщины самого перехода. К точечным относят диоды, у которых размеры электрического перехода, определяющие его площадь, меньше толщины области объемного заряда.

Такой диод образуется, например, в месте контакта небольшой пластины полупроводника и острия металлической пружины (точечно-контактные диоды).

Существует большое количество возможных форм исполнения самых разнообразных переходов, которые обладают множеством разнообразных свойств. Эти свойства могут использоваться для создания полупроводниковых диодов различного принципа действия и конструкции.

Многие из таких диодов имеют свои исторически-сложившиеся названия, которые могут характеризовать конструкцию диода, физический эффект, определяющий характеристики диода, и т.д.

(лавинно-пролетные диоды, туннельные диоды, диоды Шоттки, диоды Ганна, варакторы, диоды с накоплением заряда, …). Часто эти группы диодов отличаются областью применения и/или маркировкой.

Источник: https://www.club155.ru/diod-types-classify

Введение

Диодами называют двухэлектродные элементы электрической цепи, обладающие односторонней проводимостью тока. В полупроводниковых диодах односторонняя проводимость обуславливается применением полупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которых обладает дырочной (p), а другой — электронной (n) электропроводностью.

Полупроводниковый диод представляет собой прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.

Назначение и область применения

Назначение и применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно и зависит от вида конкретного диода. Основные виды диодов:

1) Выпрямительные диоды — п/п диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основной характеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

2) Высокочастотные диоды (СВЧ-диоды) — эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

3) Варикапы — это диоды, работа которых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода в зависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются в качестве конденсаторов с управляемой емкостью.

4) Стабилитроны — это диоды, используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический пробой.

5) Туннельные диоды — при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект p-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний.

6) Импульсные диоды — это диоды, предназначенные для работы в импульсных схемах. В таких диодах перераспределение носителей зарядов в p-n-переходах при смене полярности напряжения происходит в десятые доли наносекунды.

Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область p-n-перехода небольшой присадкой золота.

Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов

• Классификация диодов производится по следующим признакам:
• 1) По конструкции:
• — плоскостные диоды;
• — точечные диоды;
• — микросплавные диоды.
• 2) По мощности:
• — маломощные;
• — средней мощности;
• — мощные.
• 3) По частоте:
• — низкочастотные;
• — высокочастотные;
• — СВЧ.
• 4) По функциональному назначению:
• — выпрямительные диоды;
• — импульсные диоды;
• — стабилитроны;
• — варикапы;
• — светодиоды;
• — тоннельные диоды
• и так далее.
• Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:
• — маркировка диодов;
• — условное графическое обозначение (УГО) — обозначение на принципиальных электрических схемах.
• По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.
• Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений:

1. I — показывает материал полупроводника:
2. Г (1) — германий; К (2) — кремний; А (3) — арсенид галлия; И (4) — соединения индия.

3. II — тип полупроводникового диода:
4. Д — выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды;
5. А — диоды СВЧ;
6. C — стабилитроны;
7. В — варикапы;
8. И — туннельные диоды;
9. Ф — фотодиоды;
10. Л — светодиоды;
11. Ц — выпрямительные столбы и блоки.

12. III — три цифры — группа диодов по своим электрическим параметрам (приведены в таблице 1).
13. IV — модификация диодов в данной (третьей) группе.

png» class=»aimg»>

• а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки
• Рисунок 1 — Условное графическое обозначение
• Таблица 1. Кодовая маркировка полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 10862-72

1-й элемент	Исходный материал	2-й элемент	Подкласс прибора	3-й элемент	Группа внутри подкласса
Г или 1	Германий	Д	Выпрямительные диоды	101-399	Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.150 нс)
501-599	Диоды импульсные с временем восстановления 30 нс
601-699	Диоды импульсные с временем восстановления 5 нс
701-799	Диоды импульсные с временем восстановления 1 нс
801-899	Диоды импульсные с временем восстановления

Источник: https://studbooks.net/2337541/tehnika/naznachenie_oblast_primeneniya