Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998), страница 13

обусловленный движением неосновных носителей заряда полупроводника (электронов). концентрация которых очень мала Время восстановления высокого сопротивления перехода при изменении полярности приложенного напряжения с прямого на обратное значительно меньше, чем для перехода на основе контакта двух полупроводников, и может достигать значений порядка долей наносекунд, Перечисленные свойства перехода металл — полупроводник широко используются для создания быстродействующих и экономичных полупроводниковых приборов В зависимости от технологии изготовления полупроводниковые диоды подразделяются на точечные и плоскос.гные В то кчном полупроводниковом диан)е используется пластинка германия или кремния с злектропроводностью и-типа толщиной О.! — 0,6 чм и площадью (),5 — 1,5 мм2 В пластинку вплавляется заостренная игла из метачла или сплава с содержанием необходимых примесей В процессе вплавления в кристалле полупроводника в области контакта с иглой образуется слой р-типа.

Поскольку площадь контакта мала 1порядка З0 — 50 мкм2) прямой ток ограничивается десятками миллиампер. Конструкция точечного полупроводникового диода показана на рис. 2.4. Типовые ВАХ точечного диода и условное графическое обозначение полупроводникового диода приведены на рис. 2.5. Возрастание тока диода при повышении температуры р-п-перехода связано с увеличением количества свободных носителей заряда. В плоскостных полупроводниковых диодах р-и-переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводчости, причем площадь перехода у полупроводников различных типов лежит в пределах от сотых долей квадратного микрометра (микроплоскостные диоды) до нескольких квадратных сантиметров (силовые диоды), Типовые ВАХ плоскостного полупроводникового диода средней мощности приведены на рис.2.6. Благодаря большой площади р-л-перехода прямой ток плоскостных диодов составляет от единиц до тысяч ампер.

Обычно падение напряжения на диоде в прямом направлении не превышает 1 В, при этом плотность тока в полупроводнике достигает 1 — 10 А/мм, что вызы- 2 вает некоторое повышение температуры полупроводника. Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать 85" С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до 150О С. Для уменьшения разогрева мощных диодов прямым током принимают специальные меры для их охлаждения: монтаж на радиаторах, обдув и т.д. ! 2 3 4 У„р,в Рис.2.4.

Конструкция точечного диода: 1 — выводы; 2 — стеклянный корпус; 3 — кристалл полупроводника: 4 — ме- таллическая игла Рис.2.5. Вольт-амперные характерис- тики точечного диода и условное гра- фическое обозначение полупроводни- кового диода 1пр,А ц1,в Рис.2.б.

Вольт-амперные характерис-" тики плоскостного полупроводнико- вого диода средней мощности ,~, мкА, Т а б л и ц а 2.1. Значения параметров выпрямительных диодов Обратный ток !„бр, м«А Межзлектродная емкость, пФ Максимально Максимальн допустимый прямой ток лр макс Тип диода допустимое обратное напряжение обр млко Низкочастотный маломощный Низкочастотный 200 — 1000 200 — 4000 10 — 100 1 — 200 0,1 — 1,0 1 — 2000 400 — 5000 мощный Высокочастотный 0,01 — 0.5 0,1 50 0,3 — 15 Для получения более высокого обратного напряжения полупроводниковые диоды можно включать последовательно Для последовательного включения подходящими явля!отея диоды с идентичными характеристиками В настоящее время выпускаются так называемые диодные лпо7бы, в которых соединены последовательно от 5 до 50 диодов. Максимально допустимое обратное напряжение С~ -„, таких столбов лежит в пределах 2 — 40 кВ Более сложные соединения диодов имеются в сиювыл дподныл сборках В них для увеличения прямого тока диоды соединяются параллельно, для увеличения обратного напряжения — последовательно и часто осуществляют соединения, облегчающие применение диодов в конкретных Большие обратные напряжения могут вызвать чрезмерный разогрев диода и разрушение р-и-перехода.

Большинство диодов может надежно работать при обратных напряжениях, не превышающих 0,7 — 0,8 пробивного напряжения. Даже кратковременное повышение напряжения сверх пробивного, как правило, приводит к пробою р-и- перехода и выходу из строя диода Выпрямительные диоды. Это полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Как правило, это плоскостные диоды средней и большой мощносги.

Для работы в маломощных цепях (высокочастотные и импульсные цепи электронных устройств) используются точечные диоды. Основными параметрами выпрямительных диодов являются: прямое напряжение 1У„~, которое нормируется при определенном прямом токе 1„„; максимально допустимый прямой ток диода 1„~ „~,; максимально допустимое обратное напряжение диода У,б„„~,, обратный ток диода 1 б„, который нормируется при определенном обратном напряжении Сопоставление параметров различных выпрямительных диодов дано в табл. 2.1. прямительных устройствах. '1'ак, выпрямительные мосты на кремни-- выпря вых д диодах специально предназначены для использования в однофазных ,х и трехфазных мостовых выпрямителях.

1руппы идентичных маломощных диодов часто выпускаются в виде дск дныл. матриц и Диодных сборок В диодных матрицах диоды присоеди динены к одному общему выводу, что облегчает их использование в логических устройствах и дешифраторах, в диодных сборках применяются параллельное, последовательное, мостовое и другие соединения Полупроводниковые стабилитроны. Стабилитроны, или опорнтие диоды предназначены для стабилизации напряжений.

Рабочим участком ВАХ стабилитрона является участок обратной ее ветви, соответствующий области обратного пробоя р-и-перехода. При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне 11, мало изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона 1, . ВАХ стабилитрона и его условное графическое обозначение показаны на рис.2.7. Поскольку ток стабилитрона ограничивается, электрический пробой не переходит в тепловой, разрушающий р-н-переход Стабилитроны используют, например, в параметрических стабилизаторах напряжения.

Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение на участке стабилизации Ь;~; динамическое сопротивление на участке стабилизации Р =НЦй1„; минимальный так стабилизации 1„м„„; максимальный ток стабилизации 1, „,; температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации тКН = ~ К~„ыт 1100. Напряжение стабилизации современных стабилитронов лежит в пределах 3 180 В и зависит от толщины запирающего слоя р-и- перехода. Участок стабилизации расположен на ВАХ стабилитрона от 1ст мин до 1ст макс' 1ст мин = 0'5 ' 50 мА 1ст макс= 10 + 5000 мА. Значение минимального тока 1 „„„ограничено нелинейным участком ВАХ стабилитрона, значение максимального тока 1,„„к, — допустимой температурой полупроводника 1,мА ,З 1 ар мА ц„,,в Рнс 2 7 Вольт-амперная характеристика н Условное графическое обозначение стабилитрона 71 На участке стабилизации Я -сопя~, для большинства стабилитро- 4 нов Я„=0,5 + 200 Ом.

ТКН является важным параметром стабилитрона, показывающим на сколько процентов изменяется напряжение стабилизации при изменении температуры полупроводника на 1" С. Для большинства стабилитронов ТКН=(О,05 —: +0,1)% /"С. При этом отрицательным ТКН обладают стабилитроны с низким напряжением стабилизации (С~, <6,0 В). Путем последовательного соединения в процессе изготовления р-и-переходов с различными по знаку ТКН удается получить стабилитроны с очень низким ТКН. Так, у прецизионного стабилитрона КС!91Ф ТКН=+ 0,0005% /~С в диапазоне температур от -60 до +60и С.

Такие стабилитроны применяют в стабилизаторах напряжения, например, в автоматических потенциометрах, предназначенных для измерения постоянных напряжений и токов. Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом общее напряжение стабилизации равно сумме напряжений стабилитронов: ~' ст ~' ст! (' ст2 ~ стз " ' ~стп' Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, так как из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет только в одном стабилитроне, имеющем наименьшее напряжение стабилизации. Варикапы. Это полупроводниковые диоды, используемые в качестве емкостного элемента, управляемого электрическим напряжением.

Емкость р-л-перехода, включенного в обратном направлении, зависит от ширины перехода, а следовательно, от приложенного обратного напряжения. В ка ~естве полупроводникового материала для изготовления варикапов служит кремний. Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения и его условное обозначение показаны на рис. 2.8. Основными параметрами варикапа являются обшая емкость С, которая фиксируется обычно при небольшом обратном напряжении с7 б — — 2 —: 5 В, и коэффициент перекрытия по емкости Кс =С „с/С мии при двух заданных значениях обратных напряжений.

Для большинства выпускаемых варикапов С=!0 —: 500 пФ и К,=5 —: 20. С, пФ Рис.2.8. Зависимость емкости от обРпр ратного напряжения и условное гра- фическое обозначение варикапа 72 Варикапы применяют в системах дистанционного управления и автотической подстройки частоты. 1(роме рассмотренных, существуют и другие типы диодов — импульс„,е. сверхвысокочастотные (СВЧ), туннельные диоды, а также стабисто„, магнитодиоды, тензодиоды и др. Диоды, в которых используется эфф кт взаимодействия оптического излучения с носителями заряда в запи- Р ющем слое р-п-перехода (фотодиоды, светодиоды) будут рассмотрены в ~х 2 Г> и 2.9.