Полупроводниковый диод


Диод – электронный элемент с двумя электродами. Полупроводниковые диоды являются первыми элементами электроники с использованием полупроводников, первые образцы подобных диодов появились на рубеже 20-х и 30-х годов предыдущего столетия.

Внутренняя структура полупроводникового диода представляет собой электронно-дырочный переход. Области полупроводника подключены к электродам, один из которых носит название «анод», а другой – «катод». В электрических схемах анод обозначают треугольником, а катод – черточкой, перпендикулярной к подводящим проводам (рис. 2.2. ). В электронике полупроводниковые диоды применяются чаще всего как элементы с односторон-

Рис. 2.2.

ней проводимостью. Реже используют нелинейную зависимость их сопротивления от приложенного между анодом и катодом напряжения.

Особые случаи представляют собой стабилитроны и варикапы – с точки зрения физических процессов эти элементы относятся к диодам (и даже в справочной литературе размещаются вместе с остальными диодами). С другой стороны, стабилитроны и варикапы в схемах обозначают иначе, нежели собственно диоды.

На рис. 2.3,а изображена вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода – зависимость протекающего через диод тока от приложенного напряжения.

Рис.2.3

При приложении к аноду положительного напряжения Uак относительно катода электронно-дырочный переход внутри диода включен в прямом направлении, и через него течет ток основных носителей Iа . В этом случае о диоде говорят, что он открыт.

Соотношение тока и напряжения для открытого диода приблизительно описывает формула Iа = k∙ (Uак)3/2. Значение коэффициента k позволяет учитывать особенности диодов различных типов и марок. Иногда зависимость тока от напряжения аппроксимируют логарифмической формулой (см. п.п. 6.8 – 6.9). При применении обеих аппроксимаций очевидно, что сопротивление открытого диода Rд = ∆Uак/∆Iа непостоянно. График зависимости Rд от приложенного к диоду напряжения приведен на рис. 2.3,б.

При приложении к аноду отрицательного напряжения по отношению к катоду электронно-дырочный переход внутри диода закрывается, а включение диода называют обратным. Через полупроводниковый диод течет ток неосновных носителей («обратный» ток Iо). Сопротивление диода значительно, но не бесконечно из-за наличия этого тока. При очень больших запирающих напряжениях Uпр возможен пробой диода – электроны форсируют электронно-дырочный переход, сильно разгоняясь при получении энергии от электрического поля, приобретают большую кинетическую энергию. Если эта энергия оказывается достаточной, чтобы при столкновении электрона с атомами кристаллической решетки полупроводника выбить с орбит дополнительные электроны, то возникает лавина свободных электронов и ток через переход резко увеличивается. В обычном диоде увеличение тока ведет к разогреву полупроводникового материала, его оплавлению – диод гибнет.

Однако существуют диоды, для которых пробой – рабочее состояние. Такие диоды называют стабилитронами. Стабилитрон включают в схему так, чтобы он практически никогда не был открыт. На рис. 2.4 изображена схема защиты от перенапряжения на основе стабилитрона. Защищаемый объект обозначен как «нагрузка» Rн. Стабилитрон VD включен параллельно ему, а последовательно с нагрузкой и стабилитроном включено «гасящее» сопротивление Rг.

Рис.2.4

Схема обеспечивает непревышение на нагрузке напряжения пробоя стабилитрона Uпр. Если входное напряжение Uвх меньше этого значения, то стабилитрон закрыт, пробоя нет, через него течет маленький ток и на гасящем сопротивлении почти не падает напряжение. Это значит, что напряжение на нагрузке равно входному. При Uвх > Uпр в стабилитроне возникает обратимый пробой, напряжение на нем, а значит и на нагрузке становиться равным Uпр, мощный ток пробоя Iпрсоздает на гасящем сопротивлении падение напряжения, равное ∆Uг = RгIпр = Uвх Uпр.

Третий вид полупроводниковых диодов – варикапы. Название элемента восходит к латинскому «вариативный» – изменчивый и к немецкому названию емкости «Die Kapazität». «Прозрачный намек» на функцию элемента содержится и в его условном обозначении в схемах – гибриде диода и конденсатора.

Рис.2.5.

Варикап – это переменная емкость, значение которой управляется приложенным к элементу напряжением. Варикап, как диод и стабилитрон, содержит в своем составе электронно-дырочный переход, при этом изменяющаяся емкость элемента есть не что иное, как барьерная емкость этого перехода. Разумеется, сопротивление перехода при этом должно быть значительным, дабы не шунтировать емкость – поэтому при использовании варикапов следует подавать на анод элемента отрицательное напряжение относительно катода. Емкости варикапов невелики, достигают десятков пикофарад. Зависимость емкости варикапа от модуля приложенного к нему напряжения называется вольт-фарадной характеристикой (ВФХ). Пример ВФХ приведен на рис. 2.5.

Как правило, ВФХ удается достаточно точно описать гиперболической зависимостью.

 



Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 2181;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.