Диодик – двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом, владеющий однобокой проводимостью тока. Существует много разных типов диодов – выпрямительные, импульсные, туннельные, обращенные, сверхвысокочастотные диоды, также стабилитроны, варикапы, фотодиоды, светодиоды и др.

Выпрямительные диоды

Работа выпрямительного диодика разъясняется качествами электронного p–n-перехода.

Поблизости границы 2-ух полупроводников появляется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и владеющий высочайшим электронным сопротивлением, – так именуемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (возможный барьер).

Если к p–n-переходу приложить наружное напряжение, создающее электронное поле в направлении, обратном полю электронного слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4 — 0,6 В запирающий слой пропадет, а ток значительно вырастет (этот ток именуют прямым).

При подключении наружного напряжения другой полярности запирающий слой возрастет и сопротивление p–n-перехода вырастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет малозначительным даже при сравнимо огромных напряжениях.

Прямой ток диодика создается основными, а оборотный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диодик пропускает в направлении от анода к катоду.

На рис. 1 показаны условное графическое обозначение (УГО) и свойства выпрямительных диодов (их безупречная и настоящая вольт-амперная свойства). Видимый излом вольт-амперной свойства диодика (ВАХ) сначала координат связан с разными масштабами токов и напряжений в первом и 3-ем квадранте графика. Два вывода диодика: анод А и катод К в УГО не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения.

На вольт-амперная черта реального диодика обозначена область электронного пробоя, когда при маленьком увеличении оборотного напряжения ток резко растет.

Электронный пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диодик не теряет собственных параметров. Если оборотный ток превзойдет определенное значение, то электронный пробой перейдет в необратимый термический с выходом прибора из строя.

Рис. 1. Полупроводниковый выпрямительный диодик: а – условное графическое изображение, б – безупречная вольт-амперная черта, в – настоящая вольт-амперная черта

Индустрией в главном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.

Кремниевые диоды владеют малыми оборотными токами, более высочайшей рабочей температурой (150 — 200 °С против 80 — 100 °С), выдерживают огромные оборотные напряжения и плотности тока (60 — 80 А/см2 против 20 — 40 А/см2). Не считая того, кремний – обширно всераспространенный элемент (в отличие от германиевых диодов, который относится к редкоземельным элементам).

К преимуществам германиевых диодов можно отнести маленькое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3 — 0,6 В против 0,8 — 1,2 В). Не считая нареченных полупроводниковых материалов, в сверхвысокочастотных цепях употребляют арсенид галлия GaAs.

Полупроводниковые диоды по технологии производства делятся на два класса: точечные и плоскостные.

Точечный диодик образуют Si- либо Ge-пластина n-типа площадью 0,5 — 1,5 мм2 и железная игла, образующая p–n-переход в месте контакта. В итоге малой площади переход имеет малую емкость, как следует, таковой диодик способен работать в высокочастотных цепях. Но ток через переход не может быть огромным (обычно менее 100 мА).

Плоскостной диодик состоит из 2-ух соединенных Si- либо Ge-пластин с разной электропроводностью. Большая площадь контакта ведет к большой емкости перехода и относительно низкой рабочей частоте, но проходящий ток может быть огромным (до 6000 А).

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

– очень допустимый прямой ток Iпр.max,

– очень допустимое оборотное напряжение Uобр.max,

– очень допустимая частота fmax.

По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды:

– малой мощности, прямой ток до 300 мА,

– средней мощности, прямой ток 300 мА — 10 А,

– большой мощности – силовые, наибольший прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40,

— 1600 А.

Импульсные диоды используются в маломощных схемах с импульсным нравом подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – маленькое время перехода из закрытого состояния в открытое и назад (обычное время 0,1 — 100 мкс). УГО импульсных диодов такое же, как у выпрямительных диодов.

Рис.2. Переходные процессы в импульсных диодиках: а – зависимость тока при переключении напряжения с прямого на оборотное, б – зависимость напряжения при прохождении через диодик импульса прямого тока

К специфичным характеристикам импульсных диодов относятся:

– время восстановления Tвосст

– это интервал времени меж моментом переключения напряжения на диодике с прямого на оборотное и моментом, когда оборотный ток уменьшится до данного значения (рис 2,а),

– время установления Tуст – это интервал времени меж началом протекания через диодик прямого тока данной величины и моментом, когда напряжение на диодике достигнет 1,2 установившегося значения (рис 2,б),

– наибольший ток восстановления Iобр.имп.макс., равный большему значению оборотного тока через диодик после переключения напряжения с прямого на оборотное (рис 2,а).

Обращенные диоды получают при концентрации примесей в p- и n-областях большей, чем у обыденных выпрямительных диодов. Таковой диодик оказывает маленькое сопротивление проходящему току при оборотном включении (рис.3) и сравнимо огромное сопротивление при прямом включении. Потому их используют при выпрямлении малых сигналов с амплитудой напряжения в несколько 10-х вольта.

Рис. 3. УГО и ВАХ обращенных диодов

Диоды Шоттки получают, используя переход металл-полупроводник. При всем этом используют подложки из низкоомного n-кремния (либо карбида кремния) с высокоомным узким эпитаксиальным слоем такого же полупроводника (рис.4).

На поверхность эпитаксиального слоя наносят железный электрод, обеспечивающий выпрямление, но не инжектирующий неосновные носители в базисную область (в большинстве случаев золото). Благодаря этому в этих диодиках нет таких неспешных процессов, как скопление и рассасывание неосновных носителей в базе. Потому инерционность диодов Шоттки не высока. Она определяется величиной барьерной емкости выпрямляющего контакта (1 — 20 пФ).

Не считая этого, у диодов Шоттки оказывается существенно наименьшее, чем у выпрямительных диодов последовательное сопротивление, потому что железный слой имеет маленькое сопротивление по сопоставлению с хоть каким даже очень легированным полупроводником. Это позволяет использовать диоды Шоттки для выпрямления значимых токов (10-ки ампер). Обычно их используют в импульсных вторичных источниках питания для выпрямления высокочастотных напряжений (частотой до нескольких МГц).

Потапов Л. А.

Школа для электрика