№5a curs

Diode - un dispozitiv semiconductor cu o joncțiune p-n, având două terminale (anod și catod) și destinate îndreptare, detecție, stabilizare, de modulare, controlul și conversia semnalelor electrice.

În conformitate cu diode lor scop funcțional sunt împărțite în convertoare DC, universale, puls, diode cu microunde, diode Zener, varicap, comutare, diode de tunelare, etc.

Teoretic, știm că dioda într-o singură direcție trece un curent, dar nu și în altele. Dar cum, și în ce fel, el nu știe și înțelege o mulțime.

Schematic dioda poate fi reprezentat ca un cristal compus din două semiconductori (zone). Un domeniu de cristal are provodimostyup de tip, iar celălalt - un tip n.

Cifra găurii. predominante în tip p, reprezentat în mod convențional ca cercuri roșii și electroni. predominante în tip n - albastru. Aceste două regiuni sunt electrozi anod și catod de diode:

Anodul - un electrod pozitiv al diodei, în care purtătorii majoritari sunt găuri.

Catodul - electrodul negativ al diodei, în care purtătorii majoritari sunt electroni.

Pe suprafețele exterioare ale zonelor de contact aplicate straturi de metal, care sunt lipite la firele conductoare ale electrozilor dioda. Un astfel de dispozitiv poate fi doar într-una din cele două stări:

1. Deschideți - când este bine-conductoare;
2. Închis - când este slab conductor.

dioda includerea directă. Curent.

Dacă electrozii diode conectate tensiune DC: anod la ieșire „plus“ și la ieșire „minus“ catod, dioda ar votkrytom starea și curentul trece prin acesta, amplitudinea care va depinde de tensiunea aplicată și proprietățile diodelor.

Cu astfel de electroni polaritate de n tip regiune turma spre găuri în regiune de tip p și găuri din regiune de tip p se va deplasa către electronii din regiunea de tip n. La zonele de interfață numite electron-gol sau o p-n joncțiune. se întâlnesc, în cazul în care acestea sunt de absorbție relativă sau recombinare.

De exemplu. Osnovnye purtatori de sarcin în electroni de tip n preodolevayap-n joncțiune a intra în gaura regiunea de tip p, în care stanovyatsyaneosnovnymi. electronii sunt purtători minoritari devin gaura pogloschatsyaosnovnymi în domeniu - găuri. În aceleași găuri sens unic, care intră în regiunea de tip n e sunt purtători minoritari în această regiune, și va fi, de asemenea, absorbit de către purtătorii majoritari - electroni.

A lua legatura cu dioda conectat la polul negativ al sursei de tensiune de CC va da o regiune de tip n, un număr practic nelimitat de electroni, scăderea de completare a electronilor în această regiune. Un terminal conectat la polul pozitiv al unei surse de tensiune, capabil să primească din regiunea p-tip este același număr de electroni, reconstruind astfel concentrația în gaura de tip p. Astfel, conductivitatea p-n tranziție devine mare și rezistența la curent este mic. și, prin urmare, va curge prin dioda curentul numit dioda transmite curent Ilim.

comutator dioda inversă. Curent invers.

Schimbarea polaritatea sursei de tensiune de CC - dioda se va confrunta în jos de stat.

În acest caz, electronii din-tip n se va muta pol kpolozhitelnomu a sursei de alimentare, se deplasează departe de p-n joncțiune și găuri în tip p se va deplasa, de asemenea, departe de p-n tranziție, se deplasează la polul negativ al sursei de alimentare. Drept urmare, zonele de frontieră, deoarece se extinde, provocând zona sărăcită este format prin găuri și electroni, care va asigura un curent de înaltă rezistență.

Cu toate acestea, deoarece fiecare dintre regiunile purtătorilor minoritari dioda sunt prezente, atunci se va produce în continuare un mic schimb de electroni și goluri între regiuni. Prin urmare, curentul va curge dioda este de multe ori mai mică decât dreaptă, iar o astfel de curent sunt numite o diodă de curent invers (Iobr). De obicei, în practică, curentul invers al p-n tranziție este neglijată, și, prin urmare, se obține concluzia că p-n joncțiunea are doar o singură cale de conductivitate.

Înainte și înapoi de tensiune a diodei.

Tensiunea la care dioda este deschisă și prin ea un curent continuu se numește direct (UBR), iar tensiunea de polaritate inversă la care dioda este închisă și prin curentul invers se numește inversa (Uobr).

Atunci când o tensiune directă (UBR) rezistența la dioda nu depășește câteva zeci de ohmi, dar cu o tensiune inversă (Uobr) rezistența crește la câteva zeci, sute sau chiar mii de kilograme. Acest lucru nu este dificil de verificat dacă măsurat rezistența ohmetru diodă inversă.

Rezistența p-n joncțiune dioda nu este o constantă și depinde de tensiune directă (UBR), care este alimentat în dioda. Cu cât tensiunea, rezistența este minimă p-n joncțiune, curentul curge mai înainte prin dioda IPR. În starea închisă a tensiunii dioda scade aproape toate, prin urmare, invers curent care curge este mic. și rezistența p-n tranziție este mare.

De exemplu. Dacă activați dioda într-un circuit de curent alternativ, se va deschide atunci când pozitive pe jumătate perioadele la anod propuskayapryamoy liber curent (IPR) și închis la negativ semiperioade ale anodului, aproape nici un curent curge în direcția opusă - revers curent (Iobr). Aceste diode proprietăți sunt utilizate pentru a converti AC DC. și astfel se numește redresoare diode.

Caracteristica curent-tensiune a diodei semiconductoare.

Dependența trecerii curentului prin p-n joncțiune, amplitudinea și polaritatea tensiunii aplicate la acesta este descris ca curba caracteristică nazyvaemoyvolt tensiune a diodei.

Graficul de mai jos prezintă o curbă. Axa verticală în partea superioară a transmite valoarea curentă desemnată (Ilim), iar în partea de jos - revers curent (Iobr).
Axa orizontală în partea dreaptă reprezintă valorile tensiunii înainte UBR. iar partea stângă - tensiunea inversă (Uobr).

Caracteristica curent-tensiune este ca și în cazul în care cele două ramuri: piciorul drept. în partea din dreapta sus corespunde direct (debitul) curentul prin dioda, și ramura inversă. cea mai mică porțiune din stânga corespunzătoare invers (de închidere), curentul prin dioda.

ramură directă urcă abrupt, care apasă pe axa verticală, și caracterizată printr-o creștere rapidă a curentului prin diodă crește tensiunea înainte.
Contact ramură este aproape paralelă cu axa orizontală și caracterizată printr-o creștere lentă a curentului invers. Mai abruptă axa verticală a liniei de ramură și mai aproape de ramura de feedback orizontală, cu atât mai bine proprietățile de rectificare a unei diode. Prezența unui mic curent diodă inversă este un dezavantaj. Din curba a caracteristicii curent-tensiune arată că curentul continuu dioda (Ilim) este de sute de ori mai mare decât inversul curentului (Iobr).

Odată cu creșterea tensiunii directe prin curentul de joncțiune p-n se ridică încet la începe mai întâi și apoi rapidă creștere porțiunea curentă. Acest lucru se datorează faptului că dioda germaniu se deschide și începe să se efectueze curent atunci când o tensiune înainte de 0,1 - 0,2V și siliciu la 0.5-0.6 V.

De exemplu. Atunci când o tensiune forward = 0,5V UBR curent Ilim egal cu 50mA (litera „a“ pe grafic), și deja la o tensiune de curent crește 1V = UBR la 150mA (litera „b“ în figură).

Dar o astfel de creștere curente duce la încălzirea moleculei semiconductoare. Și dacă cantitatea de căldură va fi mai sângera cristal natural sau prin intermediul unor dispozitive speciale de răcire (radiatoare), conductorul din moleculă pot să apară schimbări ireversibile până la distrugerea rețelei cristaline. Prin urmare, curent p-n nivelul limită de tranziție, cu excepția supraîncălzirea structurii semiconductoare. În acest scop, un rezistor de limitare conectat în serie cu o diodă.

În diode semiconductoare, forward UBR valoarea tensiunii pentru toate valorile de curent de operare nu depășește:
pentru germaniul - 1B;
pentru siliciu - 1,5V.

Cu o creștere a tensiunii inverse (Uobr) aplicat la p-n tranziție, curentul crește ușor, așa cum este indicat de ramura inversă a caracteristicilor curent-tensiune.
De exemplu. Ia parametrii diodei: Uobr max = 100V Iobr max = 0,5 mA, în cazul în care:

Uobr max - tensiune inversă constantă maximă, V;
Iobr max - curentul maxim invers, uA.

Odată cu creșterea treptată a tensiunii inverse la o valoare 100B este văzută ca crește ușor inversa curent (un punct „c“ în grafic). Dar creșterea în continuare a tensiunii dincolo de limita maximă pentru care este proiectat diode p-n joncțiune, o creștere bruscă a curentului (linia punctată) inversă, încălzirea cristalului semiconductor, și ca urmare, are loc defalcare p-n joncțiune.

Avariile p-n joncțiune.

Defalcarea fenomenului de tranziție p-n se numește o creștere bruscă a curentului invers atunci când o tensiune inversă ajunge la o anumită valoare critică. Distinge defalcare electrică și termică a p-n joncțiune. La rândul său, defalcarea electrice este împărțit în tunel, și defalcarea avalanșă.

defalcare electrice.

defalcare electrică apare ca rezultat al expunerii la câmp silnogoelektricheskogo la p-n joncțiune. O astfel de probă este reversibilă. adică nu are ca rezultat deteriorarea tranziției, și în reducerea tensiunii inverse a proprietăților diodă sunt reținute. De exemplu. Acest mod rabotayutstabilitrony - diode, concepute pentru a stabiliza tensiunea.

Tunel defalcare.

defalcare tunel are loc ca urmare a fenomenului efectului de tunel. care se manifestă în faptul că, în câmp electric puternic care acționează în p-n tranziția de grosime mică. unii electroni penetrează (SEEP) prin zona de tranziție de la p-tip de tip n, fără a schimba energia. Thin tranzițiile Np sunt posibile numai la o concentrație ridicată de impurități semiconductorului în moleculă.

În funcție de capacitatea și scopul grosimii diodei a joncțiunii pn poate fi între 100 nm (nanometri) la 1 micron (micrometri).

Pentru defalcare tunelelor caracteristică puternică de creștere a curentului invers, cu o ușoară tensiune inversă - de obicei câteva volți. Pe baza acestui efect diode tunel de lucru.

Datorită proprietăților sale diode tunelare sunt utilizate în amplificatoare, oscilatoare oscilații sinusoidale relaxare și dispozitivul de comutare la frecvențe de până la sute și mii de MHz.

defalcare avalanșă.

defalcare avalanșă este că, sub influența unui câmp electric puternic al transportatorilor minoritari sub acțiunea căldurii în p-n tranziția accelerat atât de mult încât se poate scoate din atomi unul dintre electronii de valență și se transferă în banda de conducție, formată cu o pereche de electroni - gaura. Rezultante purtătorilor de sarcină, de asemenea, să înceapă să accelereze și să se ciocnesc cu alți atomi pentru a forma următoarele perechi de electroni - gaura. Procesul capătă o avalanșă, ceea ce duce la o creștere bruscă a curentului invers la o tensiune în mod substanțial constantă.

Diode, în care se utilizează efectul de defalcare avalanșă sunt utilizate în unități de redresor de mare putere. utilizate în industria metalurgică și chimică, transport feroviar și alte produse electrice, care poate fi o tensiune inversă mai mare decât admisibilă.

pauză termică.

Runaway termică apare ca urmare a supraîncălzirii p-n tranziție în timpul fluxului de curent o mare valoare prin interiorul acestora și atunci când nu există suficientă disipare a căldurii, nu garantează stabilitatea modul de transfer termic.

Odată cu creșterea aplicat la p-n tranziția de puterea disipată de tensiune inversă (Uobr) în tranziția crește. Acest lucru duce la o creștere a temperaturii de tranziție și regiunile sale semiconductoare adiacente, amplificate atomi de oscilație de cristal și electroni de valență slăbește comunicarea cu ei. Există o probabilitate de tranziție a electronilor din banda de conducție și formarea de perechi suplimentare de electroni - gaura. În condiții nefavorabile, transferul de căldură de la p-n tranziția are loc creșterea temperaturii avalanșă, ceea ce duce la distrugerea tranziției.

1. Borisov VG - Un tânăr amatori de radio. 1985.
2. NN Goryunov Nosov YR - diode semiconductoare. Parametrii, metodele de măsurare. 1968.