Принцип действия полупроводниковых диодов: Принцип работы полупроводникового диода

Принцип работы полупроводникового диода

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

Диод – самый простейший по устройству в славном семействе полупроводниковых приборов. Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. В середине кристалла получится, так называемый P-N переход, как показано на рисунке 1.

На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательный электрод) очень похож на знак «-». Так проще запомнить.

Всего в таком кристалле две зоны с различной проводимостью, от которых выходят два вывода, поэтому полученный прибор получил название диод, поскольку приставка «ди» означает два.

В данном случае диод получился полупроводниковый, но подобные устройства были известны и раньше: например в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называвшийся кенотрон. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым! 

Рисунок 1. Строение диода и обозначение диода на схеме

На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N junction), который является основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличии от диода, у которого этот переход лишь один, транзисторы имеют два P-N перехода, а, например, тиристоры состоят сразу из четырех переходов.

P-N переход в состоянии покоя

Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, все равно внутри него происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Диод в состоянии покоя

В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.

В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, подобно тому, как запах духов распространяется на всю комнату (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.

Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет, – лампочка светится, плитка греется, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода проводить ток в одном направлении. Именно это свойство и обеспечивается P-N переходом.

Далее рассмотрим, как ведет себя диод в двух возможных случаях подключения источника тока.

Включение диода в обратном направлении

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то ток через P-N переход не пройдет.

Рисунок 3. Обратное включение диода

Как видно на рисунке, к области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P – отрицательный. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечем, нет носителей заряда.

При увеличении напряжения источника питания электроны и дырки все сильней притягиваются электрическим полем батарейки, в области же P-N перехода носителей заряда остается все меньше. Поэтому в обратном включении ток через диод не идет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод заперт обратным напряжением.

Увеличение плотности вещества около полюсов батареи приводит к возникновению диффузии, – стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что и происходит при отключении элемента питания.

Обратный ток полупроводникового диода

Вот здесь как раз и настало время вспомнить о неосновных носителях, которые были условно забыты. Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями, которые могут двигаться точно так же, как основные, только в обратном направлении. Естественно, что такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.

С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода. Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов, – диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Чтобы не допускать перегрева мощные диоды и транзисторы устанавливаются на теплоотводы – радиаторы.

Включение диода в прямом направлении

Показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Прямое включение диода

Теперь изменим полярность включения источника: минус подключим к области N (катоду), а плюс к области P (аноду). При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону P-N перехода. В области P произойдет отталкивание положительно заряженных дырок от плюсового вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.

Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки, через диод пошел ток Id.

Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя. Следует, однако, заметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движению электронов.

Можно также сказать, что при прямом направлении включения электрическое сопротивление диода сравнительно небольшое. При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не идет (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя подобно обычному механическому вентилю: повернул в одну сторону – вода течет, повернул в другую – поток прекратился. За это свойство диод получил название полупроводникового вентиля.

Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует познакомиться с его вольт – амперной характеристикой. Также неплохо узнать о различных конструкциях диодов и частотных свойствах, о достоинствах и недостатках.

Ранее ЭлектроВести писали, что два больших проекта систем накопления энергии (СНЭ) на юге Техаса в США общей номинальной мощностью 200 МВт будут реализованы на основе технологий Wärtsilä. Накопители будут соединены непосредственно с системой передачи электроэнергии как самостоятельные участники рынка. Компания Wärtsilä также подписала сервисное соглашение с гарантированными на 10 лет эксплуатационными показателями.

По материалам: electrik.info.

Полупроводниковые приборы, виды, принцип работы

За последние 70 лет полупроводники стали ключевым элементом в производстве электроники. С момента изобретения транзистора мир электроники всегда находился на экспоненциальной кривой с точки зрения исследований, разработок, производства, создания новых устройств и технологий.

---

Полезные статьи:

Основные характеристики, виды, параметры

Что такое PN-переход, принцип работы

Все статьи

 

Что такое полупроводник?

Полупроводники – это материалы, которые не являются ни проводниками, ни изоляторами.  Если немного подробнее остановиться на этом, материалы классифицируются на проводники, изоляторы и полупроводники в зависимости от их способности проводить электричество.

Проводники – это материалы с очень хорошей пропускной способностью по электричеству. Обычно металлы обладают хорошей электропроводностью, и вы можете найти медь или алюминий в электропроводке вашего дома.

Изоляторы – материалы с очень плохой электропроводностью. Стекло, дерево и бумага хорошие примеры изоляторов.

Теперь давайте поговорим о важной категории материалов для нашего обсуждения, то есть о полупроводниках. При комнатной температуре полупроводники представляют собой материалы с более низкой электропроводностью, чем проводники, но с более высокой электропроводностью, чем изоляторы.

Полупроводниковые материалы

Полупроводники представляют собой широкий класс материалов, в которых концентрация подвижных носителей заряда ниже концентрации атомов, но может меняться под действием температуры, освещения, небольшого количества примесей.

Если говорить об электропроводности в единицах Ом ^-1 см ^-1 , то полупроводниковые материалы – это материалы с удельной электропроводностью от 10 ^-9 Ом ^-1 см ^-1 до 10 ² Ом ^-1 см ^-1 .

Традиционно элементы группы IV, такие как кремний (Si) и германий (Ge), считаются элементарными полупроводниковыми материалами, то есть полупроводниками, состоящими только из одного атома.

Существуют и другие типы полупроводниковых материалов, которые могут быть образованы путем объединения элементов из группы III с элементами из группы V, и они известны как составные полупроводники. Арсенид галлия (GaAs) – самый известный полупроводниковый материал в этой категории и фактически второй после кремния как наиболее часто используемый полупроводниковый материал.

Что такое полупроводниковые приборы?

Проще говоря, полупроводниковые устройства представляют собой тип электронных компонентов, которые спроектированы, разработаны и изготовлены на основе таких полупроводниковых материалов, как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs).

С момента их использования в конце 1940-х (или начале 1950-х) полупроводники стали основным материалом при производстве электроники и ее вариантов, таких как оптоэлектроника и термоэлектроника.

До использования полупроводниковых материалов в электронных устройствах вакуумные лампы использовались в конструкции электронных компонентов. Основное различие между электронными лампами и полупроводниковыми устройствами заключается в том, что в электронных лампах проводимость электронов происходит в газообразном состоянии, тогда как в случае полупроводниковых устройств это происходит в «твердом состоянии». Полупроводниковые устройства можно найти как в виде дискретных компонентов, так и в виде интегральных схем.

Почему полупроводники?

Основная причина использования полупроводниковых устройств (лежащих в основе полупроводниковых материалов) в производстве электронных устройств и компонентов – это возможность легко управлять проводимостью носителей заряда, то есть электронов и дырок.

Как упоминалось ранее, электропроводность полупроводниковых материалов находится между проводниками и изоляторами. Даже эта проводимость может контролироваться внешними или внутренними факторами, такими как электрическое поле, магнитное поле, свет, температура и механические искажения.

Пока что игнорируя внешние факторы, такие как температура и свет, процесс, называемый легированием, обычно выполняется с полупроводниковыми материалами, когда в его структуру вводятся примеси, чтобы изменить структурные, а также электрические свойства.

Чистый полупроводник известен как внутренний полупроводник, в то время как нечистый или легированный полупроводник известен как внешний полупроводник.

Когда количество свободных электронов в полупроводниковой структуре увеличивается после легирования, полупроводник известен как полупроводник n-типа. Точно так же, если количество отверстий увеличено, он известен как полупроводник p-типа.

Собственная проводимость полупроводников

Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение освободившихся электронов и “дырок” происходит беспорядочно и поэтому не создает электрический ток.

Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядочное (встречное) движение, образуя электрический ток. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников. При этом движение электронов создает электронную проводимость, а движение дырок – дырочную проводимость.

 

 

Различные типы полупроводниковых приборов

Ниже приводится небольшой список некоторых из наиболее часто используемых полупроводниковых устройств. В зависимости от физической структуры устройства следующий список подразделяется на устройства с двумя терминалами и устройства с тремя терминалами.

Двухконтактные полупроводниковые приборы

• Диод
• Диод Шоттки
• Светоизлучающий диод (LED)
• DIAC
• Стабилитрон
• Фотодиод (фототранзистор)
• PIN-диод
• Лазерный диод
• Туннельный диод
• Фото ячейка
• Солнечная батарея
• Диод Ганна
• IMPATT диод
• TVS-диод (диод для подавления переходных напряжений)
• VCSEL (лазер с вертикальным резонатором, излучающий поверхность)

Трехконтактные полупроводниковые приборы

• Биполярный транзистор
• Полевой транзистор
• Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
• Транзистор Дарлингтона
• Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
• ТРИАК
• Тиристор
• Однопереходный транзистор

Есть также несколько полупроводников с четырьмя выводами, таких как оптопара (оптопара) и датчик Холла.

Применение полупроводниковых приборов

Как упоминалось ранее, полупроводниковые приборы являются основой почти всех электронных устройств. Некоторые из применений полупроводниковых устройств:

• Транзисторы – основные компоненты в различных интегральных схемах, таких как микропроцессоры.
• Фактически, они являются основными компонентами в конструкции логических вентилей и других цифровых схем.
• Транзисторы также используются в аналоговых схемах, таких как усилители и генераторы.

 

  Каталог светильников ФОКУС

Диод | Принцип работы | Строительство

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Определение: Диод — простейший полупроводниковый компонент. Он состоит всего из двух кусков из разных полупроводниковых материалов. Тем не менее, вы можете найти диоды почти во всех электронных схемах.

Принцип работы диода

Его функция состоит в том, чтобы пропускать электрический ток в одном направлении, но предотвращать его в противоположном направлении. Это очень важное и полезное свойство. Эта функция аналогична обратному клапану в гидравлике.

Обратный клапан, изображенный на Рис. 1а , открывается, когда давление в левой части трубы больше, чем в правой, но препятствует протеканию жидкости с правой стороны на левую. Областей применения обратного клапана множество; например, на входе трубы в колодец, соединенный с насосом, используется обратный клапан для предотвращения обратного потока воды в колодец (, рис. 1b, ).

Также для предохранения насоса от высокого давления, когда он не работает, на его выходе может быть установлен обратный клапан.

Аналогично, в электронных схемах диоды могут использоваться для защиты устройства от обратного тока, если есть такая возможность.

Диод делает короткое замыкание устройства более легким путем для тока. Более распространено применение диода в выпрямителях .

Рисунок 1  Обратный клапан, пропускающий поток только в одном направлении.

а) Если давление справа превышает давление слева, клапан закрывается. (b) Если насос, поднимающий воду, останавливается, вода не может вернуться обратно.

Диод — простейший полупроводниковый элемент.

Конструкция диода

PN-переход образуется при соединении материалов N-типа и P-типа. Это сквозной процесс производства полупроводниковых материалов, который должен выполняться в очень чистой среде, называемой чистой комнатой .

На рис. 2 показаны вместе материалы N-типа и P-типа. PN-соединение — это не физический объект, который можно купить; это просто внутренняя структура диодов , транзисторы и другие полупроводниковые компоненты, в которых соединен материал P-типа и материал N-типа.

Там, где два типа материалов контактируют друг с другом, есть небольшая граница, где дырки (с положительным зарядом) притягивают электроны (с отрицательным зарядом).

Когда притянутые электроны собираются возле этой границы, их отрицательные заряды накапливаются, а затем они отталкивают любой дополнительный электрон, который притягивается дырками.

Аналогично , дыры, также собранные на другой стороне границы, отталкивают любые другие дыры от приближения. Область, сформированная таким образом, называется областью истощения, она также изображена на Рисунке 2.9.0003

Рисунок 2 PN развязка.

Область истощения:  Узкая область в полупроводниковом переходе непосредственно между материалами N-типа и P-типа.

Поток электронов и дырок в обедненную область продолжается до тех пор, пока они не уравновесят друг друга и не будет достигнуто состояние равновесия. В этом смысле обедненная область будет тоньше или толще, в зависимости от количества примесей при изготовлении PN-перехода.

Обратите внимание, что при изучении электроники, таким же образом, как считается, что электрический ток возникает из-за потока электронов, иногда вместо этого рассматривается поток дырок. Для простоты термин носитель используется как причина тока. Носителем, таким образом, могут быть электроны или дырки.

Носитель:  Сущность (электроны или дырки), которой может быть отнесена большая часть электрического тока в полупроводниковом устройстве.

Например, , если 94 % тока связано с движением электронов и 6 % с дыркой, то электроны являются переносчиками.

Прямое и обратное смещение в диоде

Когда PN-переход подключен к электричеству постоянного тока, возможны две возможности: либо сторона P-типа соединяется с положительной, а сторона N-типа соединяется с отрицательной клеммой, или наоборот.

В первом случае , показанном на Рис. 3a , сторона P соединения PN положительна по отношению к стороне N. Эта конфигурация называется прямое смещение , и говорят, что соединение имеет прямое смещение.

Случай, когда сторона P соединена с отрицательной клеммой, а сторона N соединена с положительной клеммой, называется обратным смещением  (а соединение называется обратным смещением).

Обычно одна сторона может быть более положительной (или менее отрицательной) по отношению к другой стороне. На основе этого определения внутри цепи любой PN-переход подключается либо в конфигурации прямого, либо в обратном смещении. Это всегда так, и по соотношению напряжений можно определить, смещен ли какой-либо PN-переход в любое время в прямом или обратном направлении.

Прямое смещение:  Подача более положительного напряжения на сторону P-типа PN-перехода, чем на сторону N-типа.

Обратное смещение:  В противоположность прямому смещению: соединение стороны P-типа PN-перехода с менее положительным или более отрицательным напряжением, чем напряжение, подключенное к стороне N-типа.

Когда PN-переход смещен в прямом направлении , он проводит ток, потому что полярность цепи способствует протеканию тока через переход (см. Рисунок 4a ). Но в целом, когда PN-переход находится в обратном смещении , электроны отталкиваются при приближении к обедненной области, и поток электричества, таким образом, блокируется, как показано на

рис. 4b .

Материалы N- и P-типа могут быть изготовлены на основе кремния или германия. Кроме того, для легирования могут быть использованы различные легирующие примеси. В результате характеристики соединений PN различаются в зависимости от материалов, из которых выполнено соединение.

 Доля примеси также оказывает прямое влияние на толщину обедненной области и, следовательно, на свойства PN-перехода и устройства, использующего PN-переход.

Рисунок 3  Прямое (а) и обратное (б) смещение PN-перехода.

Рисунок 4  Проведение в PN-переходе: (а) прямое смещение и (б) обратное смещение.

Свойства соединения PN зависят от материалов и их пропорций, используемых при его изготовлении.

Характеристики диода и условное обозначение

Диод является простейшим полупроводниковым устройством и состоит только из одного PN-перехода. Он имеет две клеммы для подключения к внешним цепям.

Диод может быть включен в цепь в конфигурации с прямым или обратным смещением. На рисунке 5 показаны символ, а также физическая форма наиболее распространенных диодов.

Стрелка на символе показывает направление тока от положительного к отрицательному. Это текущее направление от стороны P к стороне N.

Сторона P диода называется анодом , а сторона N называется катодом . Внутри цепи для большинства приложений анод должен быть подключен к положительной клемме (или к более положительному напряжению), тогда как катод подключен к отрицательной клемме (или к менее положительному напряжению).

 В физической форме, показанной на Рис. 5, сторона, обозначенная полосой, является катодом.

Существуют и другие физические формы диодов, особенно для более специфических диодов. На практике катод также можно определить по длине соединительных проводов. Со стороны катода разъем всегда короче.

Анод:  Вывод положительной стороны диода и тиристора.

Катод: Вывод отрицательной стороны диода или подобных устройств, в отличие от анода.

На рис. 6 показаны другие физические формы диодов. Стороны анода и катода также идентифицированы.

Рисунок 5  Обозначение диода и наиболее распространенная физическая форма.

Рисунок 6  Другие формы диодов.

Для прямого смещения анод должен быть подключен к положительной стороне (положительной клемме или более положительному напряжению) в цепи.

Когда диод вставлен в цепь и смещен в прямом направлении в зависимости от материала, из которого изготовлен диод (кремний или германий), на диоде возникает небольшое падение напряжения.

Это из-за сопротивление потоку электронов в результате образования обедненной области . Это падение напряжения необходимо учитывать при любом расчете тока через диод и его цепь.

  Для диода на основе кремния это падение напряжения составляет около 0,7 В, а для диода на основе германия — около 0,3 В.

Вы нашли apk для андроида? Вы можете найти новые бесплатные игры и приложения для Android.

Принцип работы полупроводникового диода с PN-переходом

Дата публикации: 03 мая 2013 г. | Обновлено: 03 мая 2013 г. | Категория: Проекты в области электроники | Автор: vanitha k | Уровень участника: Золотой | Очки: 40 |

В этой статье я объясню принцип работы полупроводникового диода с PN-переходом. Как вы знаете, диод работает как в прямом, так и в обратном смещении, поэтому подробно объясним оба с необходимыми кривыми ВАХ.

Базовая часть представляет собой общее описание полупроводника p- и n-типа, а также pn-перехода, который необходимо найти. Полупроводниковый диод представляет собой биполярное устройство, состоящее из полупроводниковых кристаллов p- и n-типа. Поверхность сустава, образующая pn-переход. Между по-разному легированными полупроводниковыми подложками происходит перенос заряда. Часть электронов из области n-типа мигрирует в полупроводник p-типа. Они известны из положительных носителей заряда, дырок или дефектных электронов, которые притягиваются.
В области контакта оба полупроводниковых кристалла не являются электрически нейтральными. Полупроводниковая область n-типа образует положительный заряд. В соседнем полупроводнике p-типа создается область отрицательного заряда. При обесточивании процесс диффузии естественным образом останавливается. В области контакта обоих типов полупроводников лежит пограничный слой, тем самым зона пространственного заряда. Величина диффузионного напряжения полупроводникового материала и сила примеси зависят. В процессе диффузии пограничный слой обедняется свободными носителями заряда. Это высокий импеданс и барьерный слой.

Германиевые полупроводники обладают диффузионным напряжением прибл. (от 0,2 до 0,4) составляет 0,3 вольта.

Кремниевые полупроводники имеют диффузионное напряжение прибл. (от 0,4 до 0,8) 0,7 вольта.

Если к этому p-n переходу приложено внешнее напряжение, полярность определяется таким образом, может ли протекать ток. Находится на отрицательной клемме полупроводника p-типа и положительной клемме полупроводника n-типа, тогда барьерный слой расширяется. Измеряемые значения тока остаются в диапазоне мкА. При обратной полярности с положительного полюса к отрицательному выводу р-зоны, а на n-области барьерный слой разрушается. Он низкий и позволяет протекать току. Значения тока зависят от типа и конструкции диода от нескольких мА до кА. Полупроводниковый диод действует как механический обратный клапан. Течение тока может иметь место только в одном направлении и заблокировано в противоположном направлении.

Диод в прямом направлении

Обозначение схемы простого полупроводникового диода представляет собой замкнутую стрелку на вертикальной линии. Два электрода называются анодом и катодом. Направление стрелки сверху к полосе указывает направление тока проводящего диода. На следующей диаграмме показаны характеристики различных диодов в полосе пропускания.

Источник изображения:

Собственное создание с использованием программного обеспечения САПР

Достаточно далеко ниже порогового напряжения, прохождение тока (от 1 до 100) мкА практически неизмеримо. Барьерный слой не был удален, а p-n-переход является высокоомным.

Вблизи порогового значения напряжение увеличивается нелинейно, при этом истощается текущий блокирующий слой.

При превышении порогового напряжения происходит разрушение барьерного слоя и очень низкое сопротивление полупроводника. Прямой ток увеличивается очень сильно сильно. Оно не может превышать максимальное значение и должно ограничиваться последовательным резистором.
Возникающие тепловые потери при проводке полупроводника улучшают его проводимость. Каждое повышение температуры на 10 градусов удваивает количество свободных носителей заряда в кристалле у парных германиевых диодов, а у кремниевых диодов даже утраивает. Без ограничения тока компонент в конечном итоге уничтожается.

Необходимость пробить барьерное напряжение называется пороговым или пороговым напряжением. Оно соответствует диффузионному напряжению pn-перехода под напряжением. Напряжение выше порогового значения полупроводникового диода низкое и проводящее. Затем диод работает в прямом направлении или в полосе пропускания.

Полупроводниковые диоды не имеют постоянного значения сопротивления. Он является выбранной рабочей точкой. Область крутой кривой выше порогового напряжения, постоянное значение сопротивления постоянному току можно рассчитать с хорошим приближением по закону Ома. Номинал резистора рассчитывается как отношение напряжения и тока в рабочей точке.

Для более точных расчетов или использования диода в конкретных цепях необходимо использовать дифференциальное сопротивление, также называемое сопротивлением переменному току. Его можно определить графически, применив характеристику касательной к рабочей точке с помощью треугольника наклона.

Диод в полосе заграждения

Источник изображения:

Создано с помощью программы CAD

Диод работает в обратном направлении, когда потенциал анода более отрицателен по сравнению с катодом. Поток тока сводится к минимальному остаточному току, который до 10 7 раз меньше по сравнению с направлением потока. В полупроводниковом кристалле никогда не бывает так много примесей-носителей. Область p-типа обеспечивает электроны и электронные дырки, область n-типа и дырки в качестве неосновных носителей. Оба могут свободно проходить через барьер и вызывать обратный ток. Повышение температуры заметное увеличение обратного тока можно измерить, так как полупроводники относятся к числу горячих проводников.
По сравнению с кремниево-германиевыми диодами диоды имеют более высокие токи утечки. Максимальное запирающее напряжение германиевого диода ниже. Силовые диоды имеют более высокие значения тока утечки, так как их p-n переход имеет большую площадь поперечного сечения. На диаграмме показаны основные полные характеристические кривые двух типов диодов.

Диоды представляют собой устройства с p-n переходом.

Диоды имеют прямое и обратное направление.

В прямом направлении потенциал анода более положительный, чем потенциал катода.

Напряжение выше порогового значения диода очень низкое.

Диоды с высоким обратным напряжением

Выпрямитель в энергетике для отвода больших токов и высокого напряжения может надежно блокироваться одновременно. Однако до необходимой высокой степени легирования снижается максимальное обратное напряжение, так как эти полупроводники имеют лишь узкий барьер. Этот недостаток устраняется установкой дополнительного полупроводникового слоя. Между сильнолегированными полупроводниками p- и n-типа находится слаболегированная полупроводниковая область. Этот диапазон имеет низкое p- или n-легирование, высокое сопротивление и расширяется за счет барьерного слоя. Во включенном режиме этот промежуточный слой затем заполняется носителями заряда с обеих сторон и, таким образом, становится низким. Эти диоды называются полупроводниками PSN.

Источник изображения:

Собственное создание с использованием программного обеспечения САПР

Высоковольтные диоды на несколько киловольт, обратное напряжение обуславливают широкую нелегированную полупроводниковую область между кристаллами p- и n-типа. Это внутренний, внутренний слой, называемый i-зоной. При высоком обратном запирающем напряжении обедненная область распространяется на всю ширину i-области. В прямом направлении эта область заливается с обеих сторон подобно диодам PSN из электронов и дырок и с низким импедансом.

Важные граничные данные для диодов

Предельные значения, указанные производителями в технических описаниях, сохраняются для каждого из них. Во время работы некоторые значения не достигаются, это не влияет на другие пределы. При несоблюдении компонент уничтожается.

Обратное напряжение UR

До этого максимального напряжения постоянного тока диод в обратном или обратном направлении остается высокоомным. Кремниевые диоды имеют обратное напряжение до 4 кВ. Для германиевых диодов максимальное значение составляет около. 100 В. Селеновые диоды уже почти не применяются, только достигают (25…40) В.

Пиковое обратное напряжение URM

Значение представляет максимальное периодическое пиковое значение переменного напряжения в обратном направлении при рабочей частоте выше 20 Гц

Прямой ток IF и I0

Значение указывает максимально допустимое прямое или эффективное ток через диод не разрушается в полосе пропускания. Целевой ток I0 представляет собой среднее арифметическое прямого тока и немного ниже.

Максимальный пиковый ток IFM

Выражается в прямом направлении для рабочей частоты около 20 Гц при синусоидальных нагрузках. Это значение применяется к прямоугольным сигналам с коэффициентом заполнения 0,5.

Рассеиваемая мощность Ptot

Следовательно, речь идет о максимальной продолжительной мощности, не разрушающей полупроводник. Он рассчитывается как произведение напряжения на диоде и тока через диод. Кремниевые диоды допускают более высокую рассеиваемую мощность по сравнению с германиевыми диодами.

Температура перехода Tj

Полупроводниковый кристалл может нагреваться без необратимого повреждения до этой максимальной температуры. Самая высокая температура корпуса компонента низкая, так как тепло кристалла должно отводиться только наружу. Кристаллические кремниевые диоды выдерживают температуру до 190°С. В германиевых полупроводниках предел 100°С. Селеновые полупроводники выдерживают до 80°С.

Температура окружающей среды ТУ

Все пределы указаны для температуры окружающей среды 25°С, кроме стоимость указывается отдельно.

Некоторые характеристики диода

Следующие характеристики не соблюдаются, схема может проявлять неожиданные свойства. Вот некоторые важные параметры:

Прямое напряжение VF

Значение должно соответствовать заданному прямому току IF. Прямое напряжение обычно соответствует диффузионному напряжению p-n перехода в обесточенном состоянии.

Обратный ток IR

Приведены паспорта обратного тока для определенного обратного напряжения UR. Кремниевые диоды имеют самые низкие обратные токи. На порядок хуже германиевые диоды. Еще более высокие обратные токи имеют селеновые элементы.

Емкость диода CD

Диод, область обеднения барьерного слоя с электрическим потенциалом заряженного плоского конденсатора можно сравнить. Диоды с большой площадью поперечного сечения p-n перехода имеют высокие значения емкости. Значения находятся в диапазоне от нескольких пФ до 500 пФ пика диода в диодах с определенной емкостью.

Имеются диоды с очень коротким временем переключения, коммутационные диоды. Время обратного восстановления определяет верхнюю частоту, при которой диод все еще работает должным образом. На следующей диаграмме показано поведение универсального диода 1N4005, работающего на слишком высокой частоте. Входной сигнал представляет собой синусоидальное напряжение один раз, а другой раз – прямоугольное напряжение с пиковым значением 15 В на частоте 50 кГц.