1.9.7.3. Тепловой пробой

В основе теплового пробоя лежит саморазогрев p-n-перехода при достижении обратного тока определенной величины. Как известно, мощность потерь и вся эта мощность переходит в тепло, а с увеличением температуры растет тепловой токI₀, что приводит к возрастанию потерь. Начинается тепловой пробой только после появления туннельного или лавинного пробоев (рис. 1.24). Этот пробой необратим и приводит к разрушению p-n-перехода. При увеличении температуры напряжение пробоя уменьшается.

Типы диодов. Выпрямительные, стабилитроны, туннельные.

Полупроводниковым диодом называется p-n-переход, помещенный в герметизированный корпус и имеющий два вывода. В зависимости от технологии их изготовления, различают плоскостные, точечные, микросплавные, микросварные, мезадиффузионные, эпитаксально-планарные и др. По функциональному назначению диоды делятся на выпрямительные, опорные (кремниевые стабилитроны), туннельные, высокочастотные, импульсные, Шоттки и т.д.

2.1.1. Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды получаются, как правило, двумя методами: сплавным и диффузионным. При сплавном методе в кристалл кремния или германия, имеющего n-проводимость, вплавляется акцептор (индий, алюминий и т.д.), а при диффузионном методе происходит диффузия примеси при высокой температуре, из среды, содержащей пары примесного материала. Отличительной особенностью выпрямительных диодов является большая площадь p-n-перехода, что позволяет пропускать через переход большие токи (от сотен мА до сотен А).

Основной характеристикой выпрямительного диода является вольтамперная характеристика (ВАХ), такая же, как у p-n-перехода, т.е. в прямой ветви большой ток при малых напряжениях, а в обратной ветви – большое напряжение при малом обратном токе. К основным параметрам выпрямительных диодов следует отнести:

– максимально допустимый средний прямой ток диода;

– среднее прямое напряжение диода;

– максимально допустимое обратное напряжение диода;

– максимальный обратный ток диода.

По этим параметрам, как правило, выбирается диод в схему выпрямителя. Основное назначение – выпрямительные силовые установки для создания источников вторичного питания. Схема включения диода представлена на рис. 2.1.

Если на вход подано синусоидальное напряжение, то при одной полуволне этого напряжения диод открыт, и ток протекает через нагрузку, а при другой – диод закрыт, и ток через нагрузку не протекает (рис. 2.2). Такая форма тока (напряжения) называется пульсирующей и характеризуется средним значением или постоянной составляющей. Более подробно схемы выпрямления будут рассмотрены в разделе «Источники вторичного питания».

2.1.2. Кремниевый стабилитрон

Кремниевый стабилитрон или опорный диод относится к классу плоскостных диодов, но в отличие от выпрямительного диода в обратной ветви его формируется электрический пробой и рабочим участком является участок обратной ветви ВАХ в области пробоя (рис. 2.3).

Как видно из рис. 2.3, в области пробоя напряжение на стабилитроне практически остается неизменным при значительном изменении тока через стабилитрон. Это позволило использовать стабилитрон в схемах стабилизации постоянного напряжения. Схема включения стабилитрона представлена на рис. 2.4.

Стабилитрон подключается параллельно нагрузке и последовательно с добавочным сопротивлением, на котором падает практически все изменение входного напряжения. При этом напряжение на нагрузке изменяется незначительно.

Сопротивление R_доб может быть рассчитано следующим образом. По второму закону Кирхгофа