Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 54
Текст из файла (страница 54)
8.30, нижний ряд). Тогда к пере- 174 ходу устремятся с каждой стороны не- основные носители тока (малые кружки), Эти носители могут переходить границу даже без внешнего поля, так как разность потенциалов для них «попутна», Однако неосновных носителей мало, а потому ток, создаваемый ими, незначителен. Для основных же носителей внешнее поле является как бы дополнительным к потенциальному барьеру. Итак, сопротивление р — и перехода зависит от направления тока: при полярности, обеспечивающей движение основных носителей через границу, сопротивление мало н убывает с ростом напряжения; при обратной же полярности сопротивление велико и незначительно зависит от приложенного напряжения.
Такое свойство р — и перехода обеспечивает возможности создания различных технических устройств и в первую очередь выпрямителей. Устройства, создаваемые на основе кристаллов германия или кремния, будем называть полупроводниковыми (кристаллическими) диодами. Германнеаые диоды широко применяют в выпрямителях переменного тока для питания радиоаппаратуры. Такие выпрямители по габаритам и КПД имеют преимущества по сравнению не только с кенотронными, но и со ста. рыми типами полупроводниковых выпрямителей (меднозакисными, селеновыми).
Основным типом выпрямительного германиевого .диода является так называемый плоскостной (сплавной) диод. На рпс. 8.3ца схематически представлено у с т р о й с т в о плоскостного германиевого диода. Основу его составляет кристалл германия, который после внесения примеси сурьмы или мышьяка приобрел электронную проводимость (л-германий). С одной стороны, кристалл сплавляется с оловянным электродом-держа гелем, который дает плотный контакт и позволяет подключить зажим внешней цепи. С другой стороны, на кристалл наплавляется кусок индия (при температуре около 500' С).
Атомы индия проникают (диффундируют) в кристалл, образуя в нем после охлаждения слой с дырочной проводимостью (р-германий). Следовательно, между поверхностным слоем р-германия и остальной массой н германия образуется выпрямляющий р — н переход. Второй зажим цепи припаивается к индию. Название «плосжостной» диод возникло из-за относительно большой плоскости р — и перехода, а название «сплавной» вЂ” благодаря спла- Винрямненннн тпн инрни Вмепе В»где Германии Пу' ВУ Рис.
831. Плоскостной германиевый диод: а — устройство и обозначение в схемак; 6 — статическая характеристика 175 ву индия с германием. На том же рнсуике дается изображение диода на схемах. На рис. 8.31,6 показана характеристика плоскостного германиевого д и о д а (для наглядности масштаб оси напряжений непостоянен). Рассматривая эту статическую вольтамперную характеристику диода, можно отметить следующие его свойства. В области йоложительных напряжений (т. е. в «пропускном» направлении) ток возникает ~прн очень малых нап~ряженнях (около 0,1 В) и резко нарастает. Следовательно, крутизна характеристики велика н превосходит возможную крутизну вакуумных диодов. Иначе говоря, сопротивление полупроводникового диода незначительно (в том числе и сопротивление выпрямленному току в положительной области), а потому КПЛ выпрямителя получается высоким (до 97 — 99»пр). В области отрицательных напряжений полупроводниковый диод в отличие от вакуумного все же пропускает небольшой ток (это ток не- основных носителей).
Таким образом, в целом характеристика резко иелинейна, так как в отрицательной области сопротивление гораздо больше, чем в положительной. Если обратное напряжение достигнет больших значений (для диода на рнс. 8.31 около 100 В), то граничный (запирающий) слой р — о перехода пробьется и обратный ток возрастет. Сопротивление слоя уменьшится настолько, что при росте тока падение напряжения будет оставаться неизменным, а затем начнет уменьшаться (штриховой линией отмечен «падающий» участок характеристики). В условиях эксплуатации обратный ток не должен, превышать значения, обеспечивающего отсутствие перегрева элект- ронино-дырочного перехода.
Рост тока на участке ММ еще не выводит диод из ст оя. сходя из этих свойств можно ус. тановить следующие эксплуатационные параметры полупроводникового диода плоскостного типа: наибольший выпря. мленный ток, не вызывающий порчв (перегрева) диода при длительном про. хождении; наибольшая амплитуда об. ратного напряжения, не вызывающая необратимого пробоя при длительной эксплуатации; падение постоянного напряжения на диоде при наибольшем выпрямленном токе (выгодны диоды с малым падением напряжения); обратный ток при допустимом обратном напряжении (этот ток желательно иметь малым в интересах выпрямительных свойств).
Плоскостные диоды выпускают также на основе полупроводниковых кристаллов кремния. Кремниевые дио ды работают успешно в более широком диапазоне температур, нежели германиевые. Полупроводниковый диод характеризуется своей емкостью. Она мо. жег приближенно рассматриваться как емность плоского конденсатора, в котором обедненный слой является диэлектриком, а тонопроводящие границы электронной и дырочной областей— пластинами. С увеличением обратного напряжения обедненный (запирающий) слой расширяется и емкость диода уменьшаегся (как бы раздвигаются пластины нонденсатора).
Емкость диода для его работы в качестве выпрямителя в принципе вредна, так,как она пропускает переменный ток в нагрузку. Но зависимость емкости от приложенного напряжения (рис 8.32) представляет больюой практичесннй интерес в ряде применений. Например, будучи включенным в состав колебательного ичесное ппопие смсшли Полунппдпднин с аненсгооннпй ндпдодимастим Пф Пилений носнииомели гд АГ уд йу а) Рис. 8.34.
Однотаягный выпрямятелтс а — схема; 6 — ток и напряжения в цепи диода 176 контура, такой диод с переменной емкостью (варикап или варактор) позволяет плавно перестраивать контур электрическим воздействием, без участия конденсатора с механически вра- Рис.
8.32. Завнсциость емкости диода от обратного напряжения щающимися пластинамн, Подобный диод составляет существенную деталь современвого параметрического усилителя. В хачестве нелинейных (выпрямляющих) элементов для колебаний радиочастоты (детектирование, преобразование частоты) применяются полупроводниковые диоды с малой емкостью, называемые т о ч е ч н ы м и д но д а м и. Такие диоды могут быть либо германиевыми, либо нремниевыми. В ннх площадь р — л перехода измеряется квадратными микронами.
На рис. 8.33 дается схематическое нзобдажение точечного диода. Вольфрамовая проволочка с заостренным концом опирается на поверхность полупроводнш:а типа л, у которого близ точки контакта с вольфрамом путем обработки создана область р. Следовательно, и здесь имеется р — и переход. Нижняя поверхность кристалла полупроводника спаяна с металлом токосннмателя.
Рнс. 8.33. Схема устройства точечного полупроводникового диода Первое практическое применение полупроводниковые диоды нашли в схемах выпрямительных устройств, предназначенных для питания аппаратуры постоянным током На рис. 8,34,а изображена схема простейшего выпрямителя, предназначенного для питания радиоустройств постоянным током. Действие выпрямителя основано на использовании односторонней проводимости диода. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора подается на диод, в цепи которого проходит ток, имеющий импульсный характер (рис.
8.34,6), В эту цепь включаются параллельно соединенные резистор и конденсатор большой емкости. Постоянная составляющая тока диода, проходя через резистор, создает на нем постоянную разность потенциалов с полярностью, указанной на рисунке. Эта разность потенциалов будет действительно постоянной, если конденсатор будет представлять для переменных составляющих тока прантически короткое замыкание. Необходимо заметить, что выпрямленное напряжение действует между электродами диода (рис. 8,34,6), поэтому во время отрицательного полупериода переменного напряжения обратное 'лг" где а) Рис.
8.35. Двухполупериодный ~выпрямитель а — схема; б — токи и напряжения и цепи 177 напряжение достигает максимума мчав мачч=Е+(7 . Необходимо, чтобы это значение не превышало допусти- мого. Отметим также, что импульсы то- ка диода имеют длительность меньше половины периода (еслн пренебречь малым обратным током диода). Ток протекает только, когда напряжение на диоде становится положительным. По- этому такой выпрямитель называют од- нополупернодным. С помощью двух диодов моисно создать более совершенный, так назы- ваемый двухполупериодныч выпрями- тель (рис. 8.35). В нем диоды откры- ваются поочередно благодаря тому, что два одноименных электрода дио- дов подключены к противоположным концам вторичной обмотки трансформа- тора, а два других — к средней точке.
В общей же нагрузке токи диодов име- ют одинаковые направления, Увеличение в два раза частоты следования импульсов облегчает по- строение фильтра На схеме показан более совершенный, чем в первой схе- ме, сглаживающий фильтр, состоящий из двух конденсаторов и дросселя. Недостатком полупроводниковых диодов является их относительная низ- ковольтность. Для преодоления ее ис- пользуют последовательное включение диодов нли использование более слож- ных схем выпрямителей. Наиболее широкое применение на практике находят выпрямительные мос- ты (рис. 8.36).
В полупериоды, когда на зажимах ! трансформатора напря- жение положительно, ток проходит че- рез диоды Д~ и Лз., при обратной по- лярности — через диоды Д, и Дз В обоих случаях токи обтекают нагрузку в олаом направлении, Если фильтр на- Рис. 8.36. Мостовая схема выпрями- теля чинается с конденсатора, диоды открыты менее половины периода, поскольку в начале напрянгение на них нарастает от нуля, а на конденсаторе действует максимальное напряжение, накопленное в предыдущем полупериоде, которое приложено к диодам во встречном направлении. При работе на фильтр, начинающийся с конденсатора, на диоды действует обратное напряжение, поскольку напряжение на конденсаторе действует последовательно с напряжением трансформатора и напряженнем на диодах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
