3.2. Виды диодов

В

Рис. 3.4. Условное графическое изображение выпрямительного диода

ыпрямительные диоды.Выпрямительным полупроводниковым диодом (рис. 3.4) называется полупро­водниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Это плоскостные диоды с относительно большой площадьюp-n-перехода.

Выпрямительные диоды до­полнительно характеризуются электрическими величинами, опреде­ляющими их работу в выпрямителях:

• средним за период значением обратного напряжения (U_обр.ср);

• средним за период значением обратного тока (I_обр.ср);

• максимальным значением выпрямленно­го тока (I_{вп.ср.max});

• среднем за период значением прямого напряжения (U_пр.ср) при заданном среднем значении прямого тока.

Рабочая частота выпрямительных диодов: малой и средней мощности от 5 до 50 Гц, большой мощности от 50 до 500 Гц.

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода (рис. 3.5) описывается уравнением:

,

где I₀– тепловой обратный ток; φ_т – температурный потенциал, при комнатной температуре 25 °С.

Импульсные диоды. Импульсный полупроводниковый диод – это диод имеющий малую длительность переходных процессов и предназначен для работы в импульсном режиме.

Основное применение импульсных диодов– работа в качестве коммутирующих элементов в цифровых схемах, кроме того, для детектирования высокочастотных сигналов и в высокочастотной преобразовательной технике.

При переключении диода с прямого напряжения на обратное, в начальный момент через диод течёт неуправляемый обратный ток (рис. 3.6). Этот обратный ток ограничен только объемным сопротивлением базы диода и сопротивлением нагрузки (R_H). С течением времени, накопленные в базе неосновные носители зарядов рекомбинируют или уходят из базы через р-n-переход, после чего обратный ток уменьшается до обычного значения.

Переходный процесс, в течение которого обратное сопротивление диода восстанавливается до постоянного значения после быстрого переключения с прямого напряжения на обратное, называется восстановлением обратного сопротивления диода. Одним из основных параметров импульсного диода является время восстановления обратного сопротивления (t_в). По его значению импульсные диоды делятся на 6 групп:

1) tв> 500 мс;	2) 150 < tв < 500 мс;
3) 30 < tв < 150 мс;	4) 5 < tв < 30 мс;
5) 1 < tв < 5 мс;	6) tв < 1 мс.

С

Рис. 3.7. Условное графическое обозначение стабилитрона

табилитроны.Полупроводниковый стабилитрон (рис.3.7) – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.

В стабилитронах, используется лавинный или туннельный пробой, следовательно, используемый материал чаще всего кремний. Участок 1вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 3.8) соответствует неустойчивому лавинному или туннельному пробою.

Основные параметры стабилитрона:

1. напряжение стабилизации;

2. температурный коэффициент напряжения стабилизации;

3. минимальный ток;

4. максимальный ток;

5. дифференциальное сопротивление;

6. статическое сопротивление.

Напряжение стабилизации– это значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации: от 3 до 400 В.

Температурный коэффициент напряжениястабилизации является одним из наиболее важных параметров стабилитрона. Он определяется по формуле:

при I_ст=const.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации показывает относительное изменение напряжения стабилиза­ции при изменении температуры окружающей среды на один градус при постоянном значении тока.

При лавинном характере пробоя _стположителен. С увеличением температуры напряжение лавинного пробоя увеличивается, при понижении температуры – уменьшается. При туннельном пробое_стстановится отрицательным, так как с увеличением температуры напряжение туннельного пробоя уменьшается, с понижением температуры увеличивается. Смена знака_стпроисходит при напряжении электри­ческого пробоя 5 – 6 В. Для уменьшения_стстабилитрона иногда применяют комбинацию из последовательно включенных (двух или более), специально подобранныхp-n-переходов с противоположным по знаку температурным коэффициентом напряжения. Одним из ва­риантов температурной компенсации является включение последова­тельно со стабилитроном диода в прямом направлении.

Минимальный токстабилитрона (I_ст.min) определяется гарантированной устойчивостью состояния электрического пробояp-n-перехода.

Максимальный токстабилитрона (I_ст.max) определяется отношением максимально допустимой мощности к напряжению стабили­зации:

I_maxP_max/U_ст.

Дифференциальное сопротивлениестабилитрона – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока в задан­ном диапазоне частот:

.

Этот параметр характеризует основное свойство стабилитрона. Чем меньше r_ст, тем лучше осуществляется стабилизация.

Статическое сопротивлениеили сопротивление стабилитрона на постоянном токе в рабочей точке определяется по формуле:

.

C

Рис. 3.9. Условное графическое обозначение туннельного диода

табисторы.Это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном его диапазоне. Отличительной особенностью его по сравнению со стабилитроном является меньшее напряжение стабилизации, которое определяется прямым падением напряжения на диоде, и составляет 0,7 В.

Последовательное соединение двух, трёх и т.д. стабисторов даёт возможность получить удвоенное, утроенное напряжение стабилизации.

Стабистор имеет отрицательный температурный коэффициент и поэтому часто используется для температурной компенсации стабилитрона с положительным температурным коэффициентом. Для этого последовательно со стабилитроном необходимо включить один или несколько стабисторов.

Туннельные диоды. Туннельный диод (рис. 3.9) – это полупроводниковый диод, на прямом участке ВАХ которого (рис. 3.10) имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Т

Рис. 3.10. ВАХ туннельного диода

уннельные диоды изготавливают из материала, имеющего повышенное количество примесей. В результате этого в туннельном диоде создаётся полупроводник с высокой концентрацией носителей зарядов, что приводит к малой толщине р-n-перехода и к большей величине диффузионного электрического поля.

При обратном включении туннельный диод работает в режиме туннельного пробоя.

Основные параметры туннельного диода:

1. пиковый ток (I_n)

2. ток впадины (I_в);

3. отношение (I_n /I_в);

4. напряжение пика (U_n);

5. напряжение впадины (U_вп).

Туннельные диоды используют для генерации и усиления электрических колебаний и в переключающихся схемах.

Обращённые диоды.Обращённым называют диод (рис. 3.11), у которого проводимость при обратном смещении значительно больше, чем при прямом. Прямая ветвь ВАХ обращённого диода (рис. 3.12) аналогична ВАХ туннельного, а обратная ветвь ВАХ аналогична ВАХ выпрямительного диода.

Основные особенности обращённого диода:

1. способны работать только в диапазоне малых напряжений.

2. обладают хорошими частотными свойствами.

3. малочувствительны к воздействию проникающей радиации.

В

Рис. 3.13. Условное графическое обозначение варикапа

арикапы.Варикап – это полупроводниковый диод (рис. 3.13), действие которого осно­вано на использовании зависимости емкости от обратного напряже­ния и который предназначен для применения в качестве элемента с элек­трически управляемой емкостью. Принцип действия варикапа основан на свойстве зарядной емкости обратно смещенногоp-n-перехода изменять свою величину в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Основной характеристикой варикапа служит вольт-фарадная характеристика (рис. 3.14) – зависимость емкости варикапа (С_в) от значения приложенного обратного напряжения. В выпускаемых промышленностью варикапах значение емкости (С_в) может изме­няться от единиц до сотен пикофарад.

Основными параметрами варикапа являются:

• емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении (С_в);

• коэффициент перекрытия по емкости (К_С), используе­мый для оценки зависимостиC_в=f(U­_обр) и равный отношению емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напря­жения (К_С= 2...20);

• температурный коэффициент емкости, который характери­зует зависимость параметров варикапа от температуры:

ТКЕ_в=С_в / (С_вT),

где С_в/С_в– относительное изменение емкости варикапа при из­менении температурыTокружающей среды.