3. Особенности диодов различного назначения

Выпрямительные и импульсные диоды. В этих диодах используется основное свойствоp-nперехода – его односторонняя проводимость или нелинейность.

Выпрямительные низкочастотные (силовые) диодыпредназначаются в основном для выпрямления токов промышленной (f= 50 Гц) или повышенной (f= 400…800 Гц) частот, но могут использоваться и для других целей. Это плоскостные диоды с относительно небольшой площадьюp-nперехода.

Кроме общих параметров, рассмотренных ранее, выпрямительные диоды дополнительно характеризуются электрическими величинами, определяющими их работу в выпрямителях:

U_{пр.макс}– максимально допустимое значение прямого напряжения;

I_{пр.макс}–максимально допустимый прямой ток;

I_обр– обратный ток при некотором значении обратного напряжения.

U_{обр.макс}– максимально допустимое обратное напряжение.

Для получения большого значения обратного допустимого напряжения (несколько сотен вольт) в базу силовых диодов вводят малую дозу примеси, что приводит к увеличению толщины p-nперехода и, следовательно, к увеличению пробивного напряжению. Однако эта мера приводит к уменьшению прямого допустимого тока из-за относительно большого сопротивления базы. Вопрос обычно решают путем компромисса.

Выпрямительные высокочастотные диодыиспользуются для выпрямления токов высокой частоты, детектирования радиосигналов, а также других нелинейных преобразований.

Основным параметром высокочастотных диодов является его частотный диапазон, в пределах которого диод может эффективно выполнять свои функции. Поскольку частотный диапазон диода зависит от постоянной времени базы С₀r_б, для работы на высокой частоте используют обычно точечные или микросплавные диоды с базой, выполненной из низкоомного (сильнолегированного) полупроводника. При этом емкостьp-nперехода не превышает нескольких единиц пикофарад, а диапазон рабочих частот простирается до 200 МГц.

Импульсные диоды предназначены для использования в качестве ключевых элементов в импульсных схемах.

Дополнительными параметрами импульсных диодов являются параметры, характеризующие переходные процессы в диоде при скачках тока и напряжения. К ним относятся:

t_уст– интервал времени от начала скачка тока до момента, когда прямое напряжение на диоде уменьшится до уровня 1,2 от установившегося значенияU_д.уст, называемый временем установления прямого напряжения;

t_вос– время восстановления обратного сопротивления диода;

Для импульсных диодов иногда также указывают максимальное импульсное прямое напряжение U_{пр.и.макс}и максимальный импульсный токI_{пр.и.макс}, а также их отношение, называемое импульсным сопротивлением диода.

4. Виды и причины пробоя p-n перехода

При значительном увеличении обратного напряжения на p-nпереходе наблюдается резкий рост обратного тока. Это явление называют пробоем электронно-дырочного перехода. Пробой перехода возникает либо в результате воздействия сильного электрического поля в запирающем слое, либо в результате разогрева перехода при протекании электрического тока большой величины.

Различают электрический и тепловой пробои p-nперехода.

Электрический пробой является обратимым, т.е. при прибое в переходе не возникает необратимых разрушений структуры полупроводника.

Электрический пробой может быть лавинным и туннельным.

Туннельный пробойнаблюдается в очень тонкихp-n переходах при напряжениях пробоя обычно не превышающих 10 В. В тонких переходах возникает очень большая напряженность электрического поля, увеличивающая вероятность туннельных переходов электронов через потенциальный барьер без изменения их энергии, что и представляет существо этого вида пробоя.

Лавинный пробойобусловлен лавинным размножением носителей вp-n переходе в результате ударной ионизации атомов быстрыми носителями зарядов. Неосновные носители заряда, поступающие вp-n переход при действииU_обр, ускоряются полем и, сталкиваясь с атомами кристаллической решетки, выбивают из них валентные электроны. Образуются дополнительные пары – электроны и дырки, которые, ускоряясь полем, также выбивают валентные электроны, создавая новые пары электрон-дырка. Этот процесс носит лавинный характер. При этом значительно увеличивается обратный ток. Лавинный пробой возникает в широкихp-n переходах, когда под действием сильного суммарного электрического поля носители заряда, встречаясь с большим количеством атомов кристалла, в промежутке между столкновениями приобретают достаточную энергию для ионизации.U_обрдля лавинного пробоя составляет десятки… сотни вольт.

Тепловой пробойp-n перехода возникает вследствие потери устойчивости теплового режима. С увеличением обратного напряжения и тока увеличивается тепловая мощность, выделяющаяся вp-n переходе и его температура. В свою очередь увеличение температуры приводит к росту обратного тока и рассеиваемой мощности. При определенной мощности, превышающей максимально допустимую, процесс приобретает лавинный характер иp-n переход разрушается (сгорает).