Напівпровідниковий діод
Головна → Відділ астрономії, оптики та квантової фізики → Напівпровідниковий діод
Роботу виконали:
Зміст
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
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]
Напівпровідниковий стабілітрон
- 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.
- 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.
Специфічними параметрами тунельних діодів є наступні:
1. Піковий струм Іп (долі-сотні мА);
2. Струм впадини Івп ;
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. [5]
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;
-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.[6]
Фото, відео-матеріали
Список використаних джерел
- ↑ Означення навіпровідникового діоду
- ↑ Історія винайдення
- ↑ Левченко М.О. Перший крок у науку. - Суми. - 2016. - С.251-252
- ↑ 4,0 4,1 Класифікація напівпровідникових діодів
- ↑ Класифікація навіпровідникових діодів за призначенням
- ↑ Довідник по напівпровідниковим діодам
