Конструкція діодів

Конструкція діодів» Виконав Студент 1-ого курсу Групи СІ-09-1 Ковтунов А. І. Перевірив Викладач Калита М.О. Кіровоград 2010 Випрямні діоди. У випрямлячах змінної напруги найбільше застосування знаходять германієві і кремнієві напівпровідникові діоди. Основними методами одержання р - n переходів для випрямних діодів є сплавка і дифузія. Малопотужний сплавний кремнієвий діод.

Електронно - дірковий перехід утворюється вплавленням алюмінію в кремній. Пластинка кремнію з р - n переходом припаюється до кристало - утримувача, що є одночасно підставою корпуса діода. У дифузійних діодах р - n перехід створюється при високій температурі дифузією домішки в кремнію або германію із середовища, що містить пари домішкового матеріалу. Конструкції дифузійних і сплавних випрямних діодів аналогічні.

Робота напівпровідникового випрямного діода заснована на властивості р-n переходу пропускати струм тільки в одному напрямку. Основною характеристикою напівпровідникових діодів є вольт - амперна характеристика. Для порівняння приведені типові вольт - амперні характеристики германієвого і кремнієвого діодів. Кремнієві діоди мають у багато разів менші зворотні струми при однаковій напрузі, чим германієві. Припустима зворотна напруга кремнієвих діодів може досягати 1000 1500

В в той час як в германієвих вона лежить у межах 100 400 В. Кремнієві діоди можуть працювати при температурах -60 +150°С, а германієві - 60 +85 °С. Це обумовлено тим, що при температурах вище 85 °С різко збільшується власна провідність германія, що приводить до неприпустимого зростання зворотного струму. Разом з тим пряме спадання напруги в кремнієвих діодів більше, ніж у германієвих.

Це пояснюється тим, що в германієвих діодів можна одержати величину опору в прямому напрямку в 1,5-2 раз меншу, чим у кремнієвих, при однаковому струмі навантаження. Тому потужність, що розсіюється всередині германієвого діода, в стільки ж раз менше. У зв'язку з цим у випрямних пристроях низьких напруг вигідніше застосовувати германієві діоди. До основних стандартизованих параметрів випрямних діодів відносяться:

1. Середній прямий струм Іпр.ср - середнє за період значення прямого струму; 2. Максимально припустимий середній прямий струм Іпр. ср. max; 3. Середній випрямлений струм Івп. ср - середнє за період значення випрямленого струму, що протікає через діод (з урахуванням зворотного струму); 4. Максимально припустимий середній випрямлений струм І вп ср. max; 5. Постійна пряма напруга Uпр - значення постійної напруги на діоді при заданому постійному

прямому струмі; 6. Середня пряма напруга Uпp. ср - середнє за період значення прямої напруги при заданому середньому значенні прямого струму; 7. Постійна зворотна напруга Uобр - значення постійної напруги, прикладеної до діода в зворотному напрямку; 8. Максимально припустима постійна зворотна напруга Uобр. max; 9. Максимально припустима імпульсна зворотна напруга

Uобр. і. max; 10. Постійний зворотний струм Іобр - значення постійного струму, що протікає через діод у зворотному напрямку при заданій, зворотній напрузі; 11. Середній зворотний струм Іобр. ср - середнє за період значення зворотного струму. При розробці випрямних схем може виникнути необхідність одержати випрямлений струм, що перевищує гранично припустиме значення для одного діода. У цьому випадку застосовують рівнобіжне включення однотипних діодів

(а). Для вирівнювання струмів, що протікають через діоди, послідовно з діодами включаються омічні додаткові резистори Rдод порядку декількох Ом. Це дозволяє штучно зрівняти прямі опори діодів, що для різних зразків приладів можуть бути істотно різними. У високовольтних ланцюгах часто використовують послідовне з'єднання діодів (б). При такому з'єднанні напруга розподіляється між усіма діодами. Для забезпечення надійної роботи діодів паралельно кожному з них варто включити резистор (порядку 100

кОм) для вирівнювання зворотних опорів. У цьому випадку напруги на всіх діодах будуть рівними. Високочастотні діоди. Високочастотні діоди - прилади універсального призначення. Вони можуть бути використані для випрямлення, детектування і інших нелінійних перетворень електричних сигналів у діапазоні частот до 600 Мгц. Високочастотні діоди виготовляються, як правило, з германія чи кремнію

і мають крапкову структуру. Для одержання р-n переходу діод у процесі виготовлення піддають струмовому формуванню. З цією метою через нього в прямому напрямку пропускається короткочасний імпульс струму величиною до 400 мА. У результаті формування тонкий шар напівпровідника, що примикає до вістря, здобуває діркову провідність, а на границі між цим шаром і основною масою пластинки виникає р-n перехід. Така конструкція діода забезпечує невелику величину

ємності р-n переходу (не більш 1 пФ), що дозволяє ефективно використовувати діод на високих частотах. Однак мала площа контакту між частинами напівпровідника з провідністю типу п і р не дозволяє розсіювати в області р-п переходу значні потужності. Тому крапкові діоди менш могутні, чим площинні, і не використовуються у випрямлячах, розрахованих на великі напруги і струми. Вони застосовуються, головним чином, у схемах радіоприймальної

і вимірювальної апаратури, що працює на високих частотах, а також у випрямлячах на напруги не вище декількох десятків вольт при струмі порядку десятків міліампер. Типова вольт - амперна характеристика крапкового діода показана на рисунку. Зворотна вітка характеристики крапкового діода значно відрізняється від відповідної галузі характеристики площинного діода. Через малу площу р-n переходу зворотний струм діода малий, ділянка насичення невелика

і не так різко виражений. При збільшенні зворотної напруги зворотній струм збільшується майже рівномірно. Вплив температури на величину зворотного струму позначається слабкіше, ніж у площинних діодах, подвоєння зворотного струму відбувається при збільшенні температури на 15-20°С. Істотне значення для оцінки властивостей високочастотних діодів мають: 1. Загальна ємність діода Сд- ємність, виміряна між виводами діода при заданих напрузі зсуву

і частоті; 2. Диференціальний опір rдиф- відношення приросту напруги на діоді до малого приросту струму , що викликав це збільшення; 3. Діапазон частот Δf - різниця граничних значень частот, при яких середній випрямлений струм діода не менше заданої частки його значення на нижчій частоті. В останні роки усе більше застосування знаходять діоди, засновані на дії контакту, що випрямляє, метал - напівпровідник так називані діоди Шотткі. Основна перевага діодів

Шотткі в порівнянні з діодами на р-п перехідах можливість одержання менших значень прямого опору контакту, тому що металевий шар по цих властивостях перевершує будь-який, навіть сильно легований шар напівпровідника. Малий прямий опір і невелика ємність бар'єра Шотткі дозволяє діодам працювати на надвисоких частотах. Імпульсні діоди. Імпульсні діоди призначені для роботи в швидкодіючих імпульсних схемах з часом переключення 1 мкс і менше.

При настільки коротких робочих імпульсах приходиться враховувати інерційність процесів включення і вимикання діодів і вживати конструктивно-технологічних заходів, спрямованих на зниження бар'єрної ємності і скорочення часу життя нерівновагих носіїв заряду в області р-n переходу. По способу виготовлення р-n переходу імпульсні діоди підрозділяються на крапкові, сплавні, зварені

і дифузійні (меза і планарні). Найпростіша схема включення імпульсного діода приведена на рисунку. Під впливом вхідного імпульсу позитивної полярності через діод протікає прямий струм, величина якого визначається амплітудою імпульсу, опором навантаження й опором відкритого діода. Якщо на діод, через який протікає прямий струм, подати зворотну напругу так, щоб його закрити, то діод

запирається не миттєво (рисунок 10, в). У перший момент спостерігалося різке збільшення зворотного струму І1 через діод і лише поступово з часом він зменшується і досягає сталого значення Іобр. Зазначене явище зв'язане зі специфікою роботи р-n переходу і являє собою прояв так називаного ефекту нагромадження. Сутність цього ефекту полягає в наступному. Під час протікання прямого струму через р-n перехід здійснюється

інжекція носіїв. У результаті інжекції в безпосередній близькості до п