- •1.13. Эффект электрического поля
- •Лекция № 7
- •2. Элементная база электронных устройств
- •2.1. Полупроводниковые диоды
- •2.1.1. Выпрямительные диоды
- •2.1.2. Кремниевый стабилитрон
- •2.1.3. Туннельный диод
- •Лекция № 8
- •2.1.4. Точечные диоды
- •2.1.5. Импульсные диоды
- •2.1.6. Диоды Шоттки
- •2.1.7. Варикапы
- •Лекция № 9
- •2.2. Биполярные транзисторы
- •2.2.1. Устройство, технология изготовления
Лекция № 7
2. Элементная база электронных устройств
2.1. Полупроводниковые диоды
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 Rдоб может быть рассчитано следующим образом. По второму закону Кирхгофа
,
тогда
,
где ; ; берутся из справочных данных.
Основные параметры стабилитрона:
– напряжение стабилизации номинальное – ;
– минимальный ток стабилизации – ;
– максимальный ток стабилизации – ;
– дифференциальное сопротивление – ;
– температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН = = , где – изменение температуры; – изменения напряжения на стабилитроне.