Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Диод

Диод представляет собой полупроводниковый элемент с двумя выводами, один из которых называют анодом (А), а другой – катодом (К). Различают дискретные диоды в виде отдельного элемента, предназначенного для монтажа на плате и заключенного в собственный корпус, и интегральные диоды, которые вместе с другими элементами схемы изготавливаются на общей полупроводниковой подложке. У интегральных диодов имеется третий вывод, необходимый для соединения с общей подложкой. Иногда его называют субстратом (S), но он играет второстепенную роль в функционировании самого диода.


Устройство.

Диоды представляют собой электронно-одырочный переход p-n или переход металл–полупроводник и называются соответственно диодами с p-n переходом или диодами Шоттки. Зона p обогащена дырками, а зона n – электронами. Условное графическое обозначение и структура диода показаны на рис. 1.1. Обычно зоны p и n диода с p-n переходом изготавливаются из кремния. Кроме этого существуют дискретные диоды на основе германия. Им свойственно низкое прямое падение напряжения, однако они устарели. В диодах Шоттки зона p заменена слоем металла, что также приводит к низкому прямому падению напряжения, поэтому они часто используются вместо германиевых диодов с p-n переходом.


Рис. 1.1. Условное графическое обозначение и устройство диода: а – графический символ; б – диод с ppn переходом; в – диод Шоттки

На практике кремниевые диоды с p-n переходом называют просто диодами. За исключением ряда диодов особого типа, все они изображаются на схемах одними тем же графическим символом. Диоды разного типа различают лишь по маркировке на корпусе и техническим данным.


Режимы работы.

В процессе работы диод может находиться в областях проводимости, запирания и пробоя, подробное описание которых дается в следующем разделе.
Диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными; они попеременно работают в областях проводимости и запирания. Диоды, сконструированные для работы в области пробоя – стабилитроны (диоды Зенера) применяют для стабилизации напряжения. Еще один важный класс диодов составляют варикапы. Они функционируют в режиме запирания и благодаря зависимости емкости запорного слоя (барьерной емкости) от приложенного напряжения могут использоваться для настройки колебательных контуров на нужную частоту. Существует также множество специальных диодов, которые здесь не рассматриваются.

Свойства диодов


Поведение диода проще всего представить с помощью его вольттамперной характеристики, описывающей зависимость тока, протекающего через диод от приложенного к нему напряжения в случае, когда все величины постоянны или медленно меняются во времени. Для расчетов необходимы уравнения, строго описывающие поведение прибора. Чаще всего достаточно простых соотношений. Кроме того, имеется модель, хорошо воспроизводящая динамическое поведение диода под воздействием синусоидальных или импульсных сигналов. Эта модель рассматривается в разделе 1.3 и не требуется для изучения основных понятий. А теперь обратимся к поведению кремниевого диода с p-n переходом.

Характеристики


Если к диоду приложить напряжение UD = UAK и измерить ток ID, полагая, что на анод относительно катода поступает напряжение, мы получим характеристики, представленные на рис. 1.2. Обратите внимание на гораздо более крупный масштаб в области положительных напряжений. При UD > 0 В диод работает в области проводимости. Здесь ток растет экспоненциально с напряжением. У диодов с p-n переходом заметный ток течет при UD > 0,4 В. При –UBR < UD < 0 В диод заперт, и ток становится пренебрежимо малым. Этот участок называют областью запирания. Напряжение пробоя UBR зависит от типа


Рис. 1.2. Характеристики маломощных диодов


Свойства диодов.


элемента и у выпрямительных диодов составляет от –50 до –1000 В. При UD < –UBR наступает пробой диода и возникает обратный ток. В этой области способны работать длительное время только стабилитроны и варикапы. Для диодов других типов наличие обратного тока при отрицательном напряжении нежелательно. В случае германиевых диодов или диодов Шоттки заметный ток в области проводимости возникает уже при UD > 0,2 В, а напряжение пробоя UBR составляет от –10 до –200 В.
В области проводимости диода при средних токах напряжение оказывается почти постоянным благодаря крутому подъему характеристики. Это напряжение UF называется прямым. Для германиевых диодов и диодов Шоттки оно имеет величину UF,Gе≈ UF,Шотки ≈ 0,3…0,4 В, а у кремниевых диодов UF,Si ≈ 0,6…0,7 В. У силовых диодов при токах в несколько ампер оно бывает существенно выше, так как в дополнение к внутреннему прямому напряжению появляется заметное падение напряжения на прямом сопротивлении и сопротивлении вводов диода: UF = UF,I + +IDRB. В предельном случае ID → ∞ диод ведет себя, как очень малое сопротивление RB ≈ 0,01…10 Ом.
Область запирания в увеличенном масштабе представлена на рис. 1.3. Ток в запирающем направлении (обратный ток) IR = –ID весьма мал при запирающем напряжении UR = –UD и с приближением к напряжению пробоя сначала медленно увеличивается, а затем резко возрастает.

Описание диода с помощью уравнений


Характеристика диода в области UD > 0 в полулогарифмическом масштабе почти линейна (рис. 1.4). Следовательно, в силу ln ID ~ UD (пропорционально) между ID и UD действует экспоненциальная зависимость. Исходя из закономерностей физики полупроводников, имеем:

Рис. 1.3. Характеристика маломощного диода в области запирания

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика