Устройство и классификация диодов

Полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.

Рисунок 1 – Внешний вид полупроводникового диода

В зависимости от исходного полупроводникового материала диоды подразделяются на германиевые и кремниевые. Туннельные диоды изготовляются также на основе арсенида галлия GaAs и антимонида индия InSb. Германиевые диоды работают при температурах не выше +80 °С, а кремниевые – до +140 °С

По конструктивно-технологическому признаку диоды делятся на плоскостные (рис.2б) и точечные (рис.2а). Наиболее распространены плоскостные сплавные диоды, применение которых затруднительно лишь на повышенных частотах. У плоскостного диода площадь p-n-перехода достигает десятков и сотен мм².

Рисунок 2 – Устройство точечного (а) и плоскостного (б) полупроводникового диода

Точечные диоды имеют маленькую площадь электронно-дырочного перехода. Преимуществом точечных диодов является низкое значение емкости p-n-перехода, дающая возможность их работы на высоких сверхвысоких частотах.

По назначению полупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные (как разновидность выпрямительных – силовые), импульсные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, стабилитроны, туннельные, варикапы, фото- и светодиоды.

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (50-100 000 Гц). В настоящее время широко применяются кремниевые выпрямительные диоды с р—n-переходом плоскостного типа, имеющие во много раз меньшие обратные токи и большие обратные напряжения по сравнению с германиевыми.

Выпрямительные диоды подразделяются на диоды малой (Iпр. ср ≤ 0,3 А), средней (0,3 А < Iпр. ср ≤ 10 А) и большой (Iпp.ср > 10 А) мощности.

Для повышения допустимого обратного напряжения выпускаются высоковольтные столбы, в которых несколько диодов включены последовательно. Кроме того, производством серийно выпускаются выпрямительные блоки, которые содержат как последовательно, так и параллельно (для повышения прямого тока) соединенные диоды.

Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов. Высокочастотные диоды содержат, как правило, точечный р—n-переход.

Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды должны обладать минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Изготовляются точечные и плоскостные диоды.

Стабилитроны– это кремниевые плоскостные диоды, работающие в режиме электрического пробоя и предназначенные для стабилизации напряжения. К основным параметрам стабилитронов относится напряжение стабилизации, т.е. U_ст – напряжение на стабилитроне при указанном номинальном токе стабилизации I_ст._ном

Варикапомназывается специально сконструированный полупроводниковый диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью его р—n-перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (диоду) напряжения.

Фотодиод – полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, отображающим процесс преобразования световой энергии в электрическую.

Светодиоды (электролюминесцентные диоды) преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией. Основой светодиода является р—n-переход, смещаемый внешним источником напряжения в проводящем направлении. При таком смещении электроны из n-области полупроводника инжектируют в р-область, где они являются неосновными носителями, а дырки – во встречном направлении. В последующем происходит рекомбинация избыточных неосновных носителей с электрическими зарядами противоположного знака. Рекомбинация электрона и дырки соответствует переходу электрона из энергетического уровня Ее в энергетическое состояние уровня Еу с меньшим запасом энергии.

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 вольтамперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах – более 1 ГГц.