13-04-2020-МГТУ-ДИОДЫ-ДОП-МАТЕР (1171917)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ К ЛЕКЦИИ ПО ДИОДАМПолупроводниковые диодыПолупроводниковые диоды – приборы с одним p-n-переходом идвумя выводами, обладающие односторонней проводимостью тока.Вольт-амперная характеристика диодаВАХ диода - ВАХ p-n-перехода. ВАХ имеет прямую и обратную ветви.Нелинейность в начале прямой ветвиобусловлена уменьшениемсопротивления запирающего слоя сростом Uпр. Начиная с некоторогозначения Uпр, х-ка становится почтилинейной, т.к.

запирающий слой исчезает.На линейном участке сопротивлениедиода обусловлено почти постояннымсопротивлением p- и n-областей.Небольшая нелинейность возникает из-заизменения сопротивления этих областейвследствие нагрева.Обратную ветвь ВАХ показывают вдругом масштабе, поэтому наблюдаетсяизлом х-ки в начале координат. Приувеличении Uобр обратный ток быстроТок и напряжение диод однозначновозрастает, что связано со снижениемсвязаны вольт-амперной характеристикой.диффузионного тока при повышениипотенциального барьера.Внешний вид диодовразличногоназначенияУГО диода.Стрелка показываетнаправление прямоготока диода 1Типы диодов2Пробой p-n-переходаПри некотором значении обратного напряжения(Uпроб) наступает пробойp-n-перехода , при котором обратный ток резковозрастает и сопротивление запирающего слояуменьшается.eРазличают два вида пробоя:- электрический (обратимый);- тепловой (необратимый).Существует два видаэлектрического пробоя:- лавинный;- туннельный.Лавинный пробой обусловлен лавиннымразмножением носителей заряда.Напряжение лавинного пробоя составляетдесятки ÷ сотни вольт.Туннельный пробой объясняется явлениемтуннельного эффекта, который заключается впереходе электронов через потенциальный барьер суровнем энергии меньше высоты потенциальногобарьера, при этом электроны своей энергии не теряют.Напряжение туннельного пробоя – не более единицвольт.AAAМеханизм лавинногопробояПри высоком обратном напряжении электроныприобретают большую скорость и, сталкиваясь сатомами кристаллической решетки, выбиваютиз них новые электроны, которые такжеразгоняются электрическим полем и такжевыбивают из атома электроны.

С повышением3Uобр данный процесс усиливается.Механизм теплового пробоя:tpn  Iобр = P = Iобр  Uобр  tpn  перегревТеплового пробоя можно избежать, если отводить избыточноетепло от перехода, например на корпус прибора (диода),чтобы рассеивать тепло в окружающую среду устанавливаютрадиатор.Теоретическая ВАХ диодаПример радиатораМатематически теоретическая ВАХ диода описываетсявыражением:UдI = I (e mφт − 1), φ = k T =д0TeT,11600где m – коэффициент, зависящий от материалаполупроводника: m = 1– Ge, m = 2 -- Si ;I0 – тепловой ток (ток насыщения);Iд – ток диода;Uд – напряжение на диоде с соответствующим знаком;φT – температурный потенциал при комнатнойтемпературе: t = 20°С, φT ≈ 25мВ;t = 27°С, φT ≈ 26мВ;4k = 1,3710-23 Дж/К – постоянная Больцмана;T – абсолютная температура.Параметры реальной ВАХ диодаIдIпр IпрUобрUд0I0Iобрe0UпробUпрUпрПри анализе электронных цепей с диодами используютсяследующие параметры:e0 – напряжение отсечки («пятка ВАХ»);I0 – тепловой ток, протекающий через запертый p-n-переход;Uпроб – напряжение пробоя – обратное напряжение, при которомпроисходит электрический пробой p-n-перехода;Rпр =rпр =URобр = I обрUпрIпрUпрIпр- прямое статическое сопротивление p-n-перехода(сопротивление постоянному току);дифференциальноесопротивлениеp-n-переходапеременному току);(динамическое)(сопротивление- обратное статическое сопротивление p-n-перехода;обрrобрUобр= I- обратное дифференциальное (динамическое) сопротивление p-n-перехода.обрUпр тип = 0,7В – Si;Типовые значения параметров диода (ЗНАТЬ!)rпр = десятки ÷ сотни Ом – Si;I0 = десятки ÷ сотни мкА;Uпр тип = 0,35В – Ge.rпр = десятки ÷ 50 Ом – Ge.I0 Ge ≈ 10·I0 Si.e0 = 0,4÷0,6В – Si;rобр = сотни МОм – Si;e0 = 0,2÷0,3В – Ge.rобр = единицы МОм – Ge.5Включение диода в электрическую цепьА IпрВключение диода в прямом направленииUпрАVDIпрKПолярность внешнего напряжения СОВПАДАЕТ со знакомосновных носителей заряда в полупроводниках:«+» подключен к р -области;«-» подключен к n -области.UпрВключение диода в прямомнаправленииАpnIобр KUобрАVDIобрKДиод ОТКРЫТ (ВКЛЮЧЕН).Включение диода в обратном направленииПолярность внешнего напряжения НЕ СОВПАДАЕТ сознаком основных носителей заряда в полупроводниках:«+» подключен к n -области;«-» подключен к p -области.UобрВключение диода в обратномДиод ЗАПЕРТ (ВЫКЛЮЧЕН).6направлении1.

Включение диода в прямом направленииVDК диоду приложено прямое напряжение и говорят, что диод (или p-nпереход) смещен в прямом направлении.Внешнее прямое напряжение всегда прикладывается к диоду черезограничительный резистор Rогр.RогрПри прямом смещении p-n-перехода, когда Uд > 0, сопротивлениедиода малó, поскольку переход заполнен основными носителямизаряда, поэтому прямой ток Iпр через диод задается иограничивается одновременно внешней цепью.URогрПо 2-му закону Кирхгофа для данной цепи справедливо:E = I Rпрогр+UпрIпрE−U= пр .RогрРезистор Rогр служит для защитыдиода и источника питания E отперегорания («защита от дурака!»).Uпр – прямое падение напряжения на диоде, соответствующее точке А на ВАХ.IдE/RВАХН.Л.Определение Iпр и Uпр с помощью ВАХ.Составляется уравнение по 2-му закону Кирхгофа:E = IдR + Uд - уравнение нагрузочной прямой.Нагрузочная прямая (линия) строится по двум точкам:1.

Uд = 0; Iд = E/R;IпрUдUпрE2. Iд = 0; Uд = E.Точка пересечения ВАХ и нагрузочной прямойсоответствует точке А с координатами (Uпр, Iпр).VDUдURE7На практике Uпр принимают равным типовому значению:Uпр тип = 0,7В – Si; Uпр тип = 0,35В – Ge;Iпр – прямой ток диода, ограничивается предельно допустимым значениемIпрmax(справочный параметр). Чтобы диод не выгорел необходимо обеспечить:Iпр  Iпр max.Если внешнее напряжение существенно превышает прямое, т.е. E << Uпр, то в расчетахпоследним пренебрегаютEОднако, если внешнее напряжениеI .сопоставимо по величине с типовымнапряжением, то для повышения точностирасчетов Uпр необходимо учитывать.В общем случае, чтобы обеспечитьсмещение p-n-перехода в прямомнаправлении внешнее напряжение должнопревышать прямое, т.е. E > Uпр, в противномслучае p-n-переход (диод) не откроется.Типовые значения некоторых параметров диода, смещенного в прямом направлении:e0 = 0,4÷0,6В – Si;e0 = 0,2÷0,3В – Ge.rпр = десятки ÷ сотни Ом – Si;rпр = десятки ÷ 50 Ом – Ge.82.

Включение диода в обратном направленииVDUобрIобрОбратное смещение осуществляется, если на диод подать внешнееобратное (запирающее) напряжение. При таком напряжении (Uд <0) высота потенциального барьера повышается и количествоосновныхносителейзаряда,преодолевающихбарьерэкспоненциально уменьшается. В этом случаесопротивление p-n-перехода великó и на практике его полагаютбесконечно большим. По 2-му закону Кирхгофа для данной цепиможно записать:E = Iобр  R + Uобр.URТ.к.

сопротивление p-n-перехода → , то обратный ток Iобр → 0, поэтомуUобр  E.Видно, что всё внешнее напряжение приложено к диоду.Внешнее запирающее напряжение должно быть меньшенапряжения (справочный параметр):предельно-допустимогообратногоUобр  Uобр max.В реальном случае Iобр  0, Iобр = I0, и, соответственно, I0 называется обратным (тепловым) током исоставляет:I0 = десятки ÷ сотни мкА (справочный параметр),причем I0Ge ≈ 10 I0 Si.Т.к. тепловой ток обусловлен неосновными носителями, концентрация которых зависит оттемпературы, то тепловой ток также зависит от температуры, причем достаточно сильно.9Значение обратного тока удваивается при изменении температуры перехода на каждые 8°Cдля Si и 10°С для Ge диода:t o −t 0o10I (t ) = I (t )  2o0o00t o −t0 o8I (t ) = I (t )  2o0o0− Ge;− Si;0где t° - рабочая температура перехода;t0° - фиксированная температура (300K).Теоретически тепловой ток I0 не зависит от приложенного обратного напряжения, хотяпрактически линейно возрастает с увеличением Uобр.Типовые значениянаправлении:некоторыхпараметровp-n-перехода,смещенноговобратномrобр = сотни МОм – Si;rобр = единицы МОм – Ge.10Влияние температуры на ВАХ диодаОтличие ВАХ германиевого и кремниевого диодовТКН = (−) 2  3мВ СТКНтип = (−) 2,5мВ СТКН =Iпр = const– температурный коэффициент напряжения –показывает изменение прямого напряжения призаданном изменении температуры при протеканиипостоянного тока через p-n-переход.11Виды полупроводниковых диодов- выпрямительные диоды;- импульсные диоды;- стабилитроны (опорные диоды);- туннельные диоды;- варикапы;- фотодиоды;- светодиоды;- и другие.Выпрямительные диодыВыпрямительные диодыпредназначены для выпрямленияпеременного тока, т.е.

дляпреобразования переменногонапряжения в постоянное.МощныйвыпрямительныйдиодВыпрямительные диоды характеризуются малыми потерями в переходе, а также способностьюпропускать большие токи.Мощные выпрямительные диоды имеют массивный корпус для отвода тепла от перехода.Выпрямительные диоды обычно работают на частоте сети переменного тока 50-60Гц. Длявыпрямления высоких напряжений (единицы-десятки кВ) используются специальные высоковольтныедиоды – кремниевые (выпрямительные) столбы, состоящие из нескольких включенных последовательнодиодов.Температура p-n-перехода, при которой сохраняется егоработоспособность:Ge – до 70-80С;Si – до 120-150С;AsGa – до 150С.Примеры выпрямительныхдиодов12Емкости p-n-переходаp-n–переход имеет две паразитных емкости, которые определяют частотные свойства диодов.Ранее упоминалось, что p-n-переход при обратном смещении подобен конденсатору со значительнымтоком утечки в диэлектрике.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы