Відмінності між версіями «Напівпровідниковий діод»

Матеріал з Вікі ЦДУ
Перейти до: навігація, пошук
 
(не показана одна проміжна версія 2 учасників)
Рядок 11: Рядок 11:
 
[[Файл:Emblema-MIT.png|80px|справа]]
 
[[Файл:Emblema-MIT.png|80px|справа]]
 
==Загальний опис (принцип дії)==
 
==Загальний опис (принцип дії)==
−
Напівпровідниковим діодом називається електроперетворюваль­ний прилад з одним р-n-переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різного виду. Саме р-n-перехід визначає властивості, технічні характеристики та параметри будь-яко­го напівпровідникового діода. Корпус діода, в якому міститься кристал напівпровідника з р-n-переходом, а також інші конструктивні еле­менти для закріплення кристала в корпусі забезпечують експлуатацій­ні характеристики діода: стійкість при дії нагрівання, вологи, ударних та вібраційних навантажень тощо. <ref name="Л1">[http://bookwu.net/book_osnovi-elektroniki-ta-elektrotehniki_980/31_napivprovidnikovi-diodi Означення навіпровідникового діоду] </ref>
+
Напівпровідниковим діодом називається електроперетворюваль­ний прилад з одним р-n-переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різного виду.  
  
 +
Саме р-n-перехід визначає властивості, технічні характеристики та параметри будь-яко­го напівпровідникового діода. Корпус діода, в якому міститься кристал напівпровідника з р-n-переходом, а також інші конструктивні еле­менти для закріплення кристала в корпусі забезпечують експлуатацій­ні характеристики діода: стійкість при дії нагрівання, вологи, ударних та вібраційних навантажень тощо. <ref name="Л1">[http://bookwu.net/book_osnovi-elektroniki-ta-elektrotehniki_980/31_napivprovidnikovi-diodi Означення навіпровідникового діоду] </ref>
  
 
==Історична довідка==
 
==Історична довідка==
 +
 +
На межі 30-х - 40-х років з'явилися перші германієві і кремнієві діоди. І були це НВЧ діоди. Прогрес фізики твердого тіла дозволив встановити, що хороший вентиль повинен утворюватися в напівпровіднику P-N перехід або контакт метал-напівпровідник (перехід Шотткі, того ж, що близько 1920 року винайшов лампу-тетрод і взагалі встиг відзначитися і в лампової, і в напівпровідниковій техніці). А радіолокація вимагала НВЧ детекторів та змішувачів. І перші діоди на германію або кремнію представляли собою пластинку сильнолегированного напівпровідника (0,001-0,005 ом*см, для порівняння у звичайних транзисторах і діодах - десятки ом*см), тобто дуже "брудного", низькоякісного, який тоді вже могли зробити за ще убогих методи очищення. З цією платівкою контактує гострозаточенна металева (зазвичай вольфрамова) голка. Даючи перехід метал-напівпровідник дуже малої площі. Максимальне зворотне напруга такого переода від десятих часток вольта до одиниць вольт, граничний прямий струм - одиниці міліампер. Але в основному і єдиному їх застосування - нелінійного НВЧ елемента - це несуттєво. Головне, що нелінійність у них зберігається і на гігагерцових частотах. Подібні НВЧ діоди випускаються і в наш час, хоча значною мірою витіснені діодами Шотткі, виконаними за сучасною технологією.
 
Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Браун. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Ґрінліф Віттіер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.<ref name="Л3">[http://studopedya.ru/1-82071.html Історія винайдення] </ref>
 
Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Браун. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Ґрінліф Віттіер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.<ref name="Л3">[http://studopedya.ru/1-82071.html Історія винайдення] </ref>
  
Рядок 28: Рядок 31:
  
 
*За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на такі основні групи: випрямні, універсальні, імпульсні, варикапи, стабілітрони (опорні діоди), Стабистор, тунельні діоди, звернені діоди, лавинно-пролітні (ЛПД), тиристори, фотодіоди, світлодіоди та оптрони. <ref name="Л4">[http://ua.nauchebe.net/2012/09/diodi-xarakteristiki-diodiv-poznachennya-ta-markuvannya/ Класифікація напівпровідникових діодів] </ref>
 
*За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на такі основні групи: випрямні, універсальні, імпульсні, варикапи, стабілітрони (опорні діоди), Стабистор, тунельні діоди, звернені діоди, лавинно-пролітні (ЛПД), тиристори, фотодіоди, світлодіоди та оптрони. <ref name="Л4">[http://ua.nauchebe.net/2012/09/diodi-xarakteristiki-diodiv-poznachennya-ta-markuvannya/ Класифікація напівпровідникових діодів] </ref>
−
[[Випрямляючий діод]]
 
  
 +
'''Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням:'''
  
−
**''У швидкодіючих імпульсних колах широко використовують '''діоди Шоткі''', в яких перехід виконаний на основі контакту метал – напівпровідник. У цих діодах не витрачається час на нагромадження та розсмоктування зарядів у базі, тому їх швидкодія залежить лише від швидкості перезарядки бар’єрної ємності.
+
* [[Випрямляючий діод]]  <ref name="Л5">[http://svitohlyad.com.ua/tehnolohiji/vypryamlyayuchyj-diod-opys-parametry-i-harakterystyky/ Випрямляючий діод] </ref>
−
''
+
* [[Імпульсний діод]]    <ref name="Л6">[http://www.studfiles.ru/preview/5215243/page:2/ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням] </ref>
−
**'''''Напівпровідниковими стабілітронами''''' називають діоди, призначенні для стабілізації напруг.
+
* [[Діод Шоткі]] <ref name="Л7">[http://stud.com.ua/28249/tovaroznavstvo/stabilitroni Діод Шоткі] </ref>
  
−
Робота стабілітронів базується на використанні явища електричного пробою р-n переходу при включенні діода у зворотньому напрямку. Механізм пробою може бути тунельним, лавинним або змішаним. У низьковольтних стабілітронів (з малим опором бази) більш імовірний тунельний пробій, а у високовольтних (з великим опором бази) – лавинний пробій.
+
* [[Напівпровідниковий стабілітрон]] <ref name="Л6">[http://www.studfiles.ru/preview/5215243/page:2/ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням] </ref>
 +
* [[Варикап]]  <ref name="Л8">[http://studopedia.org/10-20087.html Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням] </ref>
 +
* [[Діоди Ганна]]  <ref name="Л9">[http://xn--80aimveh.pp.ua/tehnika/6242-dod-ganna-princip-roboti-ta-zastosuvannya.html Діод Ганна] </ref>
 +
* [[Стабістор]] <ref name="Л10">[https://uk.wikipedia.org/wiki/Стабістор Стабістор] </ref>
 +
* [[Тунельний діод]] <ref name="Л6">[http://www.studfiles.ru/preview/5215243/page:2/ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням] </ref>
  
−
''До основних параметрів стабілітронів відносяться:''
+
''Діоди характеризуються такими основними електричними параметрами:''
  
−
1. Напруга стабілізації Uст – спад напруги на стабілітроні при протіканні заданого струму стабілізації (декілька В – десятки В).
+
– Струмом, що проходить через діод в прямому напрямі;
  
−
2. Максимальний струм стабілізації Iст.макс (декілька мА – декілька А).
+
– Струмом, що проходить через діод у зворотному напрямку;
  
−
3. Мінімальний струм стабілізації Іст.мін (долі – десятки мА).
+
– Найбільшим допустимим прямим струмом;
  
−
4. Диференціальний опір rдиф=ΔUст/ΔIст, який визначається при заданому значенні струму на ділянці пробою (долі – тисячі Ом).
+
– Прямою напругою;
  
−
5. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації αст=ΔUст/ΔТ (тисячні долі процента).
+
– Зворотною напругою;
  
−
При збільшенні струму стабілізації диференціальний опір зменшується на 10-20%. При номінальному струмі стабілізації цей опір близький до значення власного опору бази.
+
– Найбільш допустимою зворотною напругою;
  
−
Для зменшення температурного коефіцієнта напруги стабілізації послідовно із стабілітроном вмикають діод. При необхідності забезпечити стабілізацію двополярних напруг стабілітрони вмикають послідовно-зустрічно або використовують спеціальні двоанодні стабілітрони.
+
– Габаритами і діапазоном робочих температур.<ref name="Л4">[http://ua.nauchebe.net/2012/09/diodi-xarakteristiki-diodiv-poznachennya-ta-markuvannya/ Класифікація напівпровідникових діодів] </ref>
  
−
**'''''Варикапом''' називають напівпровідниковий діод, призначений для використання в якості керованої електричною напругою ємності. Варикап працює при оберненій напрузі, прикладеній до р-n переходу. Його ємність може змінюватися в широких межах.''
+
==Сфера застосування ==
  
−
''До основних параметрів вірикапів відносяться:''
+
-діоди з бар'єром Шотткі для роботи в низьковольтних вторинних джерелах живлення на частотах до 200 кГц;
  
−
1. Загальна ємність Св – ємність, виміряна між виводами варикапа при заданій оберненій напрузі (десятки – сотні пФ).
+
-варикап в схемах для автоматичного підстроювання частоти, в параметричних підсилювачах;
  
−
2. Коефіцієнт перекриття по ємності – відношення ємностей варикапа при двох заданих значеннях обернених напруг: К=Св.макс ∕ Cв.мін (декілька одиниць – декілька десятків).
+
-випрямний діод для роботи в приймальній і підсилювальній апаратурі;
  
−
3. Опір втрат rвтр – сумарний активний опір, який включає опори кристалу, контактних з’єднань та виводів варикапа.
+
-в схемах управління електродвигунами;
  
−
4. Добротність Qв – відношення реактивного опору варикапа на заданій частоті змінного сигналу (хс) до опору втрат (rвтр) при заданому значенні ємності або оберненої напруги: Qв= хс ∕ rвтр (десятки – сотні).
+
-в люмінесцентних лампах;
  
−
5. Температурний коефіцієнт ємності  – від 2·10- 4 до 6·10- 4 1∕ К.
+
-в модулях сонячних батарей;
  
−
**'''''Діоди Ганна''' – це напівпровідникові прилади, принцип дії яких базується на використанні однойменного фізичного ефекту – генерації високочастотних коливань електричного струму у напівпровіднику. Ефект Ганна є наслідком того, що у деяких напівпровідникових матеріалах вольт-амперна характеристика має ділянку з від’ємним диференціальним опором. При створенні в такому матеріалі електричного поля з певною напруженістю в ньому виникають коливання електричного струму. Частота цих коливань визначається параметрами самого діода Ганна, а не зовнішньої резонансної системи, як це має місце, наприклад, у генераторах на основі тунельних діодів.''
+
-випрямний діод з бар'єром Шотткі для випрямлення на частотах 10-200 кГц;
  
−
**'''''Стабістори''' – це діоди, призначені так само як і стабілітрони для стабілізації напруг. Однак, на відміну від останніх, у них використовується спеціальна форма прямої вітки вольт-амперної характеристики. Тому стабістори працюють при прямій напрузі і дозволяють стабілізувати малі напруги (0,35÷1,9В). За основними параметрами вони близькі до стабілітронів, але вмикаються у коло стабілізації в прямому напрямку.''
+
-як детектори в найпростіших радіоприймачах;
  
−
**'''''Тунельні діоди''' – це напівпровідникові прилади, на вольт-амперній характеристиці яких наявна ділянка з від’ємним диференціальним опором. Виникнення такої ділянки обумовлене тунельним ефектом. Залежно від функціонального призначення тунельні діоди умовно поділяють на підсилювальні, генераторні та перемикальні.''
+
-для стабілізації напруги на прямий гілки вольт-амперної характеристики (стабистори) і для цілей термокомпенсації;
  
−
''Специфічними параметрами тунельних діодів є наступні:''
+
-імпульсні стабілітрони для стабілізації та обмеження постійної та імпульсної напруги.<ref name="Л11">[http://www.volt-220.com/images/book/diod.pdf Довідник по напівпровідниковим діодам] </ref>
  
−
1. Піковий струм Іп (долі-сотні мА);
+
==Фото, відео-матеріали==
  
−
2. Струм впадини Івп ;
+
[[Файл:Напівпровідниковий діод 6.jpg|міні |праворуч|Напівпровідникові діоди]]
 +
[[Файл:Напівпровідниковий діод 8.jpg|міні|ліворуч|Напівпровідникові діоди]]
 +
[[Файл:Напівпровідниковий діод 7.jpg|міні|центр|Напівпровідникові діоди]]
 +
[[Файл:Напівпровідникові діоди.jpg|міні |ліворуч|Напівпровідникові діоди]]
 +
[[Файл:Навіпровідниковий діод3.jpg|міні |праворуч|Напівпровідникові діоди]]
 +
[[Файл:Напівпровідникові діоди2.jpg|міні |центр|Напівпровідникові діоди]]
 +
<br />
 +
<br />
  
−
3. Відношення струмів Іп ∕ Івп (одиниці-десятки);
 
  
−
4. Пікова напруга Uп (десятки-сотні мВ);
 
  
−
5. Напруга впадини Uвп (сотні мВ);
 
  
−
6. Питома ємність Сд ∕ Іп ;
 
  
−
7. Гранична резистивна частота fR – розрахункова частота, на якій активна складова повного опору тунельного діода перетворюється в нуль;
 
  
−
8. Резонансна частота f0 – розрахункова частота, на якій реактивна складова повного опору тунельного діода перетворюється в нуль. <ref name="Л5">[http://www.studfiles.ru/preview/5215243/page:2/ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням] </ref>
 
  
  
−
''Діоди характеризуються такими основними електричними параметрами:''
 
  
−
– Струмом, що проходить через діод в прямому напрямі;
 
  
−
– Струмом, що проходить через діод у зворотному напрямку;
 
  
−
– Найбільшим допустимим прямим струмом;
+
----
−
 
+
−
– Прямою напругою;
+
−
 
+
−
– Зворотною напругою;
+
−
 
+
−
– Найбільш допустимою зворотною напругою;
+
−
 
+
−
– Габаритами і діапазоном робочих температур.<ref name="Л4">[http://ua.nauchebe.net/2012/09/diodi-xarakteristiki-diodiv-poznachennya-ta-markuvannya/ Класифікація напівпровідникових діодів] </ref>
+
−
 
+
−
==Сфера застосування ==
+
−
 
+
−
-діоди з бар'єром Шотткі для роботи в низьковольтних вторинних джерелах живлення на частотах до 200 кГц;
+
−
 
+
−
-випрямний діод для роботи в приймальній і підсилювальній апаратурі;
+
−
 
+
−
-випрямний діод з бар'єром Шотткі для випрямлення на частотах 10-200 кГц;
+
−
 
+
−
-для стабілізації напруги на прямий гілки вольт-амперної характеристики (стабистори) і для цілей термокомпенсації;
+
−
 
+
−
-імпульсні стабілітрони для стабілізації та обмеження постійної та імпульсної напруги.<ref name="Л6">[http://www.volt-220.com/images/book/diod.pdf Довідник по напівпровідниковим діодам] </ref>
+
−
 
+
−
==Фото, відео-матеріали==
+
−
[[Файл:Діод.jpg|міні зліва|Напівпровідникові діоди]]
+
−
[[Файл:Діод2.jpg|міні справа|Напівпровідникові діоди]]
+
  
 
==Список використаних джерел==
 
==Список використаних джерел==

Поточна версія на 18:31, 23 травня 2017

Головна → Відділ астрономії, оптики та квантової фізики → Напівпровідниковий діод

Роботу виконали:

Emblema-MIT.png

Загальний опис (принцип дії)

Напівпровідниковим діодом називається електроперетворюваль­ний прилад з одним р-n-переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різного виду.

Саме р-n-перехід визначає властивості, технічні характеристики та параметри будь-яко­го напівпровідникового діода. Корпус діода, в якому міститься кристал напівпровідника з р-n-переходом, а також інші конструктивні еле­менти для закріплення кристала в корпусі забезпечують експлуатацій­ні характеристики діода: стійкість при дії нагрівання, вологи, ударних та вібраційних навантажень тощо. [1]

Історична довідка

На межі 30-х - 40-х років з'явилися перші германієві і кремнієві діоди. І були це НВЧ діоди. Прогрес фізики твердого тіла дозволив встановити, що хороший вентиль повинен утворюватися в напівпровіднику P-N перехід або контакт метал-напівпровідник (перехід Шотткі, того ж, що близько 1920 року винайшов лампу-тетрод і взагалі встиг відзначитися і в лампової, і в напівпровідниковій техніці). А радіолокація вимагала НВЧ детекторів та змішувачів. І перші діоди на германію або кремнію представляли собою пластинку сильнолегированного напівпровідника (0,001-0,005 ом*см, для порівняння у звичайних транзисторах і діодах - десятки ом*см), тобто дуже "брудного", низькоякісного, який тоді вже могли зробити за ще убогих методи очищення. З цією платівкою контактує гострозаточенна металева (зазвичай вольфрамова) голка. Даючи перехід метал-напівпровідник дуже малої площі. Максимальне зворотне напруга такого переода від десятих часток вольта до одиниць вольт, граничний прямий струм - одиниці міліампер. Але в основному і єдиному їх застосування - нелінійного НВЧ елемента - це несуттєво. Головне, що нелінійність у них зберігається і на гігагерцових частотах. Подібні НВЧ діоди випускаються і в наш час, хоча значною мірою витіснені діодами Шотткі, виконаними за сучасною технологією. Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Браун. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Ґрінліф Віттіер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.[2]

Технічні характеристики

Основою напівпровідникового діода є p-n перехід. В напівпровіднику "n" типу є вільні електрони, частинки зі знаком мінус, а в напівпровіднику типу "p" наявні іони з позитивним зарядом, їх прийнято називати «дірки». Дірка є носієм позитивного заряду, рівного елементарному заряду, в напівпровідниках. Це поняття вводиться в зонної теорії для опису електронних явищ у неповністю заповненої електронами валентної зоні. Напівпровідниковий діод має два виводи, які мають назву: анод і катод. В основі принципу дії напівпровідникового діода - властивості електронно діркового переходу, зокрема, сильна асиметрія вольт- амперної характеристики щодо нуля. Таким чином розрізняють пряме і зворотне включення. В прямому включенні (якщо подати на анод плюс, а на катод мінус) діод має малий електроопір і добре проводить електричний струм. У зворотному (на анод подати мінус, а на катод – плюс) – електрони з області N прямують до джерела з позитивним полюсом. У цей же час позитивні заряди(дірки) в області P притягуються негативним полюсом джерела живлення. Тому в області PN переходу, утворюється порожнеча, так як немає носіїв заряду, струм проводити нічим. З точки зору зонної теорії рівноважний стан на p-n переході досягається при такій висоті потенціального бар'єра, при якій рівні Фермі обох областей розміщуються на однаковій висоті. Є й недолік напівпровідникових діодів, при зворотному підключенні струм все таки протікає (величина цього струму має порядок мікро або наноампер і нею можна знехтувати). Також кожен діод має граничну допустиму напругу-напругу пробою, перевищувати яку небажано, тому що може зруйнуватися кристалічна структура напівпровідника і прилад прийде у непридатність. Для нормальної роботи діода у прямому включенні необхідно подавати постійну напругу не перевищуючу: для германієвих діодів порядку 0,3В, для кремнієвих діодів 0,7В [3]

Класифікація напівпровідникових діодів

  • По вихідному напівпровідниковому матеріалу діоди поділяють на чотири групи: германієві, кремнієві, з арсеніду галію і фосфіду індію. Германієві діоди використовуються широко в транзисторних приймачах, так як мають вищий коефіцієнт передачі, ніж кремнієві. Це пов’язано з їх більшою провідністю при невеликій напрузі (близько 0,1 … 0,2 В) сигналу високої частоти на вході детектора і порівняно малому опорі навантаження (5 … 30 кОм).
  • За конструктивно-технологічною ознакою розрізняють діоди точкові і площинні.
  • За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на такі основні групи: випрямні, універсальні, імпульсні, варикапи, стабілітрони (опорні діоди), Стабистор, тунельні діоди, звернені діоди, лавинно-пролітні (ЛПД), тиристори, фотодіоди, світлодіоди та оптрони. [4]

Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням:

Діоди характеризуються такими основними електричними параметрами:

– Струмом, що проходить через діод в прямому напрямі;

– Струмом, що проходить через діод у зворотному напрямку;

– Найбільшим допустимим прямим струмом;

– Прямою напругою;

– Зворотною напругою;

– Найбільш допустимою зворотною напругою;

– Габаритами і діапазоном робочих температур.[4]

Сфера застосування

-діоди з бар'єром Шотткі для роботи в низьковольтних вторинних джерелах живлення на частотах до 200 кГц;

-варикап в схемах для автоматичного підстроювання частоти, в параметричних підсилювачах;

-випрямний діод для роботи в приймальній і підсилювальній апаратурі;

-в схемах управління електродвигунами;

-в люмінесцентних лампах;

-в модулях сонячних батарей;

-випрямний діод з бар'єром Шотткі для випрямлення на частотах 10-200 кГц;

-як детектори в найпростіших радіоприймачах;

-для стабілізації напруги на прямий гілки вольт-амперної характеристики (стабистори) і для цілей термокомпенсації;

-імпульсні стабілітрони для стабілізації та обмеження постійної та імпульсної напруги.[11]

Фото, відео-матеріали

Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди








Список використаних джерел

  1. ↑ Означення навіпровідникового діоду
  2. ↑ Історія винайдення
  3. ↑ Левченко М.О. Перший крок у науку. - Суми. - 2016. - С.251-252
  4. ↑ 4,0 4,1 Класифікація напівпровідникових діодів
  5. ↑ Випрямляючий діод
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням
  7. ↑ Діод Шоткі
  8. ↑ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням
  9. ↑ Діод Ганна
  10. ↑ Стабістор
  11. ↑ Довідник по напівпровідниковим діодам
Отримано з https://wiki.cusu.edu.ua/index.php?title=Напівпровідниковий_діод&oldid=281140