Electronic_technician[1] (Шпоры по Созинову), страница 4

Основой плоскостных и точечных диодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называется базой транзистора. База припаивается к металлической пластинке, которая называется кристаллодержателем. Для плоскостного диода на базу накладывается материал акцепторной примеси и ввакуумной печи при высокой температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцепторной примеси в базу диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости иp-n переход большой плоскости (отсюда название).Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом (смотрите рисунок28).Е. А.

Москатов. Стр. 18Аак цепторнаяприм ес ьбазаPк рис таллод ерж ательnКР ис. 28Большая плоскость p-n перехода плоскостных диодов позволяет им работать при большихпрямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными.Точечные диоды.базаIАкристаллодержательnКР ис. 29К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами акцепторной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А.

В точке разогрева атомы акцепторной примеси переходят в базу, образуя p-область (смотрите рисунок 30).В оль ф рам ов ая иглаОбласть p-типаОбласть n-типаPnР ис. 30Получается p-n переход очень малой площади. За счёт этого точечные диоды будут высокочастотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер).Микросплавные диоды.Е. А. Москатов. Стр.

19Их получают путём сплавления микрокристаллов полупроводников p- и n- типа проводимости. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по своим параметрам –точечные.3) Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов.ВАХ идеальногоp-n переходаIпрВАХ реальногоp-n переходаАUобрUаUпрIобрРис. 31Вольтамперная характеристика реального диода проходит ниже, чем у идеального p-n перехода: сказывается влияние сопротивления базы.

После точки А вольтамперная характеристикабудет представлять собой прямую линию, так как при напряжении Uа потенциальный барьерполностью компенсируется внешним полем. Кривая обратного тока ВАХ имеет наклон, таккак за счёт возрастания обратного напряжения увеличивается генерация собственных носителей заряда.IпрmaxIпрIпрUэл.проб. Uобр max UобрUобрI'прUпрU'пр Uпр UпрmaxIобр.

maxIобрРис. 32Максимально допустимый прямой ток Iпр.max.Прямое падение напряжения на диоде при максимальном прямом токе Uпр.max.Максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max = (⅔ ÷ ¾) ∙ Uэл.проб.Обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении Iобр.max.Прямое и обратное статическое сопротивление диода при заданных прямом и обратномUnp.Uoбнапряжениях: RсT .пр ; RсT .обр .Inp.Ioб .Е. А. Москатов.

Стр. 20Uп Прямое и обратное динамическое сопротивление диода: Riп  Iп. ;Riп Uп  U ' пUoбUoб  U ' oб; Rioб ; Rioб .Iп  I ' пIoб.Ioб  I ' oбВыпрямительные диоды1) Общая характеристика выпрямительных диодов2) Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей1) Общая характеристика выпрямительных диодов. Выпрямительным диодом называетсяполупроводниковый 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 кремниевыхтем, 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.Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока диода, то в этомслучае допускается параллельное включение диодов (смотрите рисунок 33).VD1Rд1VD2Rд2VD3Rд3Рис. 33Добавочные сопротивления Rд величиной от единиц до десятков Ом включаются с целью выравнивания токов в каждой из ветвей.Если напряжение в цепи превосходит максимально допустимое обратное напряжение диода,то в этом случае допускается последовательное включение диодов (смотрите рисунок 34).Rш1Rш2VD1Rш3VD2VD3Рис.

34Шунтирующие сопротивления величиной несколько сот кОм включают для выравнивания падения напряжения на каждом из диодов.2) Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей. Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. Если взять один диод, то ток внагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называетсяоднополупериодным. Его недостаток – малый КПД.VD1TV1+(-)Rн-(+)Рис.

35Е. А. Москатов. Стр. 21IпрUобрIн0Uпрt1-t1t2t3t+t2t3+tР ис. 36Значительно чаще применяются двухполупериодные выпрямители.VD1TV1VD3+(-)VD4VD2Rн~-(+)Рис. 37Ua++-tРис. 38tIнВ течение положительного полупериода напряжения Ua (+) диоды VD1 и VD4 открыты, аVD2 и VD3 – закрыты.

Ток будет протекать по пути: верхняя ветвь (+), диод VD1, нагрузка,диод VD4, нижняя ветвь (-).В течение отрицательного полупериода напряжения Ua диоды VD1 и VD4 закрываются, адиоды VD2 и VD3 открываются. Ток будет протекать от (+), нижняя ветвь, диод VD3, нагрузка, диод VD2, 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(смотрите рисунок 39).Е. А. Москатов. Стр. 22TV1+ VD1Rн~VD2+Рис. 39Стабилитроны, варикапы,светодиоды и фотодиоды1)2)3)4)1)СтабилитроныВарикапыФотодиодыСветодиодыСтабилитроны.

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенныйдля стабилизации уровня постоянного напряжения. Стабилизация – поддержание какого-тоуровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Принцип действия стабилитрона основан на том, что на его вольтамперной характеристике имеетсяучасток, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.IпрUпрUобр UстIстminIстномIстmaxIстРис. 40Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в полупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходяв тепловой пробой.Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включается обратным включением (смотрите рисунок 40).URoUвхRoRнVD1-Uн=Uст+Рис.

41Е. А. Москатов. Стр. 23Резистор Ro задаёт ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка ксреднему значению между Iст.min и Iст.max. Такое значение тока называется номинальным током стабилизации.Принцип действия. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падениенапряжения на Ro может уменьшаться, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутсяпостоянными, 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 негоот Iст.min до Iст.max.Основные параметры стабилитронов:Напряжение стабилизации Uст.Минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст.min, Iст.max, Iст.ном. (смотрите рисунок 42).Iпр UстUстUобрUпрIст minIст н о мIст ma xIстР ис.

42ΔUст. – изменение напряжения стабилизации.Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации:UcтUcтRcт Icт Icт. max  Icт. minТемпературный коэффициент стабилизацииIпрUст' UстUобрIстminUпрIстномt20t10IстmaxIстРис. 43Е. А. Москатов. Стр. 24Ucт 100%Ucт  tUcт.t  Ucт'Ucтt  t 2 0  t 1 0Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисторами.Стабисторы – для стабилизации напряжения менее 3В, и у них используется прямая ветвьВАХ (смотрите рисунок 44).ст IIст. maxIст.min Uст.UРис. 44Применяются стабисторы в прямом включении.2) Варикапы.Варикапом называется полупроводниковый диод, у которого в качестве основного параметраиспользуется барьерная ёмкость, величина которой варьируется при изменении обратногонапряжения.

Следовательно, варикап применяется как конденсатор переменной ёмкости,управляемый напряжением.p-++++n Xкк'XX'Р ис . 4 5Принцип действия. Если к p-n переходу приложить обратное напряжение, то ширина потенциального барьера увеличивается.  о  Sp  nСб ХЕ. А. Москатов. Стр. 25При подключении обратного напряжения ширина перехода ΔХ увеличивается, следовательно,барьерная ёмкость будет уменьшаться. Основной характеристикой варикапов является вольтфарадная характеристика С=f(Uобр).СUобрРис. 46Основные параметры варикапов.Максимальное, минимальное и номинальное значение ёмкости варикапа.C maxКоэффициент перекрытия k - отношение максимальной ёмкости к минимальной.C minМаксимальное рабочее напряжение варикапа.3) Фотодиоды.

Фотодиодом называется фотогальванический приёмник излучения, светочувствительный элемент которого представляют собой структуру полупроводникового диода безвнутреннего усиления.Принцип действия. При облучении полупроводника световым потоком Ф возрастает фотогенерация собственных носителей зарядов (смотрите рисунок 47), что приводит к увеличениюколичества как основных, так и неосновных носителей зарядов.Ф-p++++nРис. 47Однако фотогенерация в значительной степени будет влиять на обратный ток, так как неосновных носителей зарядов значительно меньше, чем основных.IпрUобрФ1=0UпрФ2>0Ф3>Ф2Iобр=IфРис.

48Для фотодиодов Iобр – это фототок. Зависимость фототока Iф от величины светового потокаIф=f(Ф) (смотрите рисунок 49).Е. А. Москатов. Стр. 26IфФРис. 49Спектральная характеристика – это зависимость фототока от длины волны светового излучения Iф=f(λ).IфSiGeРис. 50Темновой ток – ток через фотодиод при отсутствии светового потока и при заданном рабочемнапряжении.IфИнтегральная чувствительность – это отношение фототока к световому потоку S .ФРабочее напряжение – это обратное напряжение, подаваемое на фотодиод, при котором всепараметры фотодиода будут оптимальными.VD1Rн+ E Рис. 514) Светодиоды.

Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходитнепосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения.Принцип действия. При прямом включении основные носители заряда переходят через p-nпереход и там рекомбинируют. Рекомбинация связана с выделением энергии.

Длябольшинства полупроводниковых материалов это энергия тепловая. Только для некоторых типов на основе арсенида галлия ширина запрещённой зоны ΔW достаточно велика, и длинаволны лежит в видимой части спектра.hWПри обратном включении через p-n переход переходят неосновные носители заряда в область,где они становятся основными. Рекомбинация и свечение светодиода отсутствуют. Основныехарактеристики:а) Яркостная характеристика – это мощностная зависимость излучения от прямого токаPu=f(Iпр).Е.