Все виды диодов. Полупроводниковый диод

Определение и классификация транзисторов. Транзистором называется полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, имеющий три и более внеш­них выводов, предназначенный для усиления или генерации электри­ческих сигналов, а также для коммутации электрических цепей.

В зависимости от назначения и свойств транзисторы классифи­цируются на ряд групп.

По мощности рассеяния (допустимое значение мощности, рассе­иваемой транзистором без применения дополнительного теплоотвода) различают транзисторы малой, средней и большой мощности.

По диапазону частот (в зависимости от значения предельно допустимой рабочей частоты) различают низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные транзисторы.

Особую группу транзисторов составляют лавинные, полевые и однопереходные.

2.1. Биполярные транзисторы

Широко распространенные транзисторы с двумя р-n-переходами носят название биполярных . Этот термин связан с наличием в тран­зисторах двух различных типов носителей зарядов - электронов и дырок. Транзисторы обычно изготовляют из германия или кремния. Конструктивно биполярный транзистор представляет собой пластину монокристалла полупроводника с электропроводностью р- или n-типа, по обеим сторонам которой вплавлены (или внесены другим образом) полупроводники, обладающие другим типом электропровод­ности. На границе раздела областей с разным типом электропровод­ности образуются р-n- или n-р-переходы. Транзистор укрепляют на кристаллодержателе и помещают в герметизированный металлический или пластмассовый корпус. Через дно корпуса проходят выводы, со­единяющие зоны транзистора с внешней цепью. Возможны две струк­туры с различным чередованием областей n-р-n или р-n-р.

Схематическое устройство и условное графическое обозначение биполярных транзисторов приведено на рис.2.1, классификация биполярных транзисторов показана в табл.2.1.

Убиполярных транзисторов центральный слой называютбазой . Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (электро­нов или дырок), который главным образом и создает ток прибора, называют эмиттером , а наружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, - коллектором .

На эмиттерный переход напряжение подается в прямом направ­лении, поэтому даже при небольших напряжениях через него прохо­дят значительные то-

	Таблица 2.1
Частотные группы	Группы по мощности
Низкочастотные fгр ≤ 3 МГц	Малой мощности Pmax ≤ 0,3 Вт
Среднечастотные 3 МГц < fгр ≤ 30 МГц	Средней мощности 0,3 Вт < Pmax ≤ 1,5 Вт
Высокочастотные 30 МГц < fгр ≤ 300 МГц	Большой мощности Pmax > 1,5 Вт
Сверхвысокочастотные fгр ≥ 300 МГц

ки. На коллекторный переход напряжение пода­ется в обратном направлении, оно обычно в несколько раз выше на­пряжения эмиттерного перехода.

Принцип работы биполярного транзистора. Рассмотрим работу транзистора типа р-n-р (n-р-n транзистор работает аналогично). Между коллектором и базой транзистора приложено отрицательное напряжение. Пока эмиттерный ток равен нулю (I Э =0), ток в тран­зисторе идет только через коллекторный переход в обратном на­правлении (рис.2.2,а). Величина этого тока определяется концен­трацией неосновных носителей заряда в коллекторе и базе и при хорошем качестве полупроводников мала.

При подаче положительного напряжения на эмиттер возникает определенный эмиттерный ток I Э (рис.2.2,в). Так как эмиттерный переход находится в прямом включении, дырки проходят в область базы. Там они частично рекомбинируют со свободными электронами базы. Однако база обычно выполняется из полупроводника n-типа с большим удельным сопротивлением (с малым содержанием донорной примеси), поэтому концентрация свободных электронов в базе низ­кая и лишь немногие дырки, попавшие в базу, рекомбинируют с ее электронами. Вместо исчезнувших при рекомбинации электронов в базу из внешней цепи приходят новые электроны, образующие базовый ток I Б. Большинство дырок, являясь неосновными носителями за­ряда для базовой области, под, действием поля коллектора проходят коллекторный переход, образуя коллекторный ток I К.

Связь между приращениями коллекторного и эмиттерного токов характеризуется коэффициентом передачи тока:

при U К = const.

Коэффициент передачи тока α всегда меньше единицы.

Схемы включения и статические вольт-амперные характеристики транзистора. Транзистор включается в электрическую цепь таким образом, что один из его электродов является входным, второй - вы­ходным, а третий общим относительно входа и выхода. В зависимости от этого различают три способа включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). При любом способе включения, в цепь входного электрода включают источник входного сигнала, а в цепь выходного электрода - на­грузку. Схемы включения транзисторов показаны на рис.2.3: а - с общей базой; в - с общим эмиттером; с - с общим коллектором. Па практике обычно используют входные и выходные вольт-амперные характеристики транзисторов.

При включении транзистора по схеме ОБ статические вольт-амперные характеристики (ВАХ), описываются зависимостями

I K = f(U K)| I Э =const; I Э = f(U Э)| U K =const.

Кривые семейства выходных ВАХ (рис.2.4,а), определяемые из предыдущей зависимости, практически параллельны оси напряжений. На­личие небольшого наклона объясняется влиянием эффекта Эрли. В области напряжений, близких к напряжению электрического пробоя наблюдается возрастание коллекторного тока, обусловленное увели­чением носителей заряда вследствие их лавинного размножения.

При повышении температуры выходные ВАХ смещаются в область больших токов, что обусловлено возрастанием тока I К0 .

Кривые семейства входных ВАХ (рис.2.4,в) образуют плотный пучок, что объясняется слабым влиянием коллекторного напряжения на ток эмиттера. Поэтому в справочниках приводят обычно одну ветвь ВАХ, снятую при U К = 0 или U К = -5В.

При включении транзистора по схеме ОЭ статические ВАХ опи­сываются зависимостями

I K = f(U K)| I Б =const; I Б = f(U Б)| U K =const.

Выходные ВАХ схемы ОЭ имеют больший наклон по сравнению с ВАХ схемы ОБ, что объясняется более сильным влиянием коллектор­ного напряжения на коэффициент передачи тока базы. По этой же причине резкое возрастание тока коллектора в предпробойной области происходит при более низких коллекторных напряжениях, чем в схеме ОБ. Следовательно, схема ОЭ характеризуется меньшим зна­чением предельно допустимого коллекторного напряжения. Влияние температуры на выходные ВАХ схемы ОЭ сказывается сильнее, чем на ВАХ схемы ОБ.

Входные ВАХ схемы ОЭ (рис.2.5,в) также расположены близко друг от друга и поэтому в справочниках приводят только одну ВАХ для U К = 0 или U К = -5 В. В отличие от схемы ОБ входные ВАХ схемы ОЭ более линейны.

ВАХ схемы ОК во многом сходны с ВАХ схемы ОЭ, так как в обеих схемах входным является ток базы, а выходные токи отлича­ются незначительно. Поэтому в справочниках ВАК схемы ОК обычно не приводятся. Для практических расчетов вместо них используют выходные ВАХ схемы ОЭ, заменяя ток коллектора на ток эмиттера. Входные ВАХ (схемы ОК совпадают по форме с входными ВАХ схемы ОЭ, но сдвинуты по оси напряжений вправо на величину падения напряже­ния на коллекторном р-n-переходе.

Параметры транзистора как активного линейного четырехполюс­ника. Транзистор является нелинейным элементом, так как его ха­рактеристики определяются нелинейными зависимостями между токами и напряжениями. Однако, если входной сигнал по амплитуде меньше по сравнению с постоянным напряжением, соответствующим точке по­коя, то в некоторой области статических ВАХ связь между токами и напряжениями можно считать линейной с допустимой для практического использования степенью приближения. В этом режиме, называемом режимом малого сигнала, транзистор можно представить в виде четырехполюсника, основные свойства которого соответствуют общей тео­рии электрических цепей. При этом транзистор рассматривается как линейный элемент.

Связь между входными (U 1 , I 1) и выходными (U 2 , I 2) переменными четырехполюсника можно описать шестью системами уравнений первого порядка. Наиболее широко применяется система урав­нений, в которой независимыми величинами являются входной ток I 1 и выходное напряжение U 2:

U 1 = f(I 1 , U 2); I 2 = f(I 1 , U 2).

Если при малых изменениях независимых величин приращения за­висимых величин разложить в ряд, Тейлора и пренебречь членам вто­рого и высших порядков, то предыдущие уравнения можно представить в следующем виде:

При замене приращений амплитудными значениями токов и напряжений и введении новых обозначений для частных производных систе­ма уравнений преобразуется к следующей форме:

U 1 = H 11 I 1 + H 12 U 2 ;

I 2 = H 21 I 1 + H 22 U 2 .

Коэффициенты Н при независимых переменных имеют определен­ный физический смысл:

Совокупность коэффициентов Н носит название системы H -параметров . Достоинство системы Н - параметров - сравнительная простота непосредственного измерения коэффициентов Н.

В качестве примера в табл.2.2 дан порядок значений Н - па­раметров для схем ОЭ и ОБ

Таблица 2.2

Параметр	Схема ОЭ	Схема ОБ
	Сотни ом - единицы килоом	Десятки Ом
	10 -3 - 10 -4 См	10 - 4 - 10 - 5 См

Н-параметры могут быть определены графически по статичес­ким входным и выходным ВАХ транзистора.

В зависимости от назначения и свойств различают выпрямительные диоды, стабилитроны, высокочастотные диоды, импульсные диоды, варикапы, диоды Шоттки, светодиоды, фотодиоды, диодные оптроны и т. п.

Выпрямительные диоды используют в схемах преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный ток. Как правило, это плоскостные диоды средней и большой мощности. В высокочастотных и импульсных маломощных цепях электронных устройств используют точечные диоды: кремниевые типа КД или 2Д и германиевые

типа ГД или 1Д, из арсенида галлия типа 3Д. Например, диоды ГД107А, КД203Д рассеивают мощность Р от 1 до 1,5 Вт, а диод КД512А - мощность P > 1,5 Вт.

К маломощным относят диоды с мощностью рассеивания до 0,3 Вт, к диодам средней мощности от 0,3 до 10 Вт, диоды большой мощности с мощностью рассеяния P>10 Вт.

Основные параметры выпрямительных диодов:

Iпр - прямой ток;

Uпр - прямое напряжение;

Iпрmax - максимальный допустимый прямой ток;

Uобр.mах - максимальное допустимое обратное напряжение;

Iобр - обратный ток, который нормируется при определенном обратном напряжении.

В настоящее время выпускаются так называемые диодные столбы , в которых для увеличения обратного напряжения последовательно соединены от 5 до 50 диодов с допустимым обратным напряжением от 2 до 40 кВ.

Стабилитроны или опорные кремниевые диоды предназначены для использования в параметрических стабилизаторах напряжения (рис. 13). Рабочим участком ВАХ стабилитрона является участок обратной её ветви, соответствующий области обратного электрического пробоя p-n- перехода (рис. 13) и ограниченный минимальным и максимальным значениями тока.

Рисунок 13 Схема включения стабилитрона и его ВАХ

При работе в этой области обратное напряжение на стабилитроне Uобр незначительно изменяется при относительно больших изменениях тока стабилитрона Iст . Поэтому при изменении входного напряжения изменяется в основном напряжение на балластном резисторе Rб , напряжение на нагрузке R почти не изменяется.

При прямом включении стабилитрон может рассматриваться как обычный диод, однако в связи с повышенной концентрацией примесей напряжение Uпр = 0,3…0,4 В мало изменяется при значительных изменениях прямого тока Iпр . Прибор, в котором используется прямая ветвь в схемах стабилиза-ции напряжения, называют стабистором .

Высокочастотные диоды - приборы универсального назначения (для выпрямления токов в широком диапазоне частот - до сотен мегагерц, генерации колебаний СВЧ_диапазона, модуляции сигналов, детектирования и других нелинейных преобразований).

Импульсные диоды используют в ключевых схемах при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросекунды и доли микросекунд). Важным моментом является инерционность включения и выключения диодов (малая длительность рекомбинации носителей заряда - восстановление обратного сопротивления за счет уменьшения так называемой барьерной ёмкости Сбар p-n -перехода).

Варикапы - это полупроводниковые диоды, предназначенные для использования их ёмкости, управляемой обратным напряжением Uобр (рис. 14).

Рисунок 14- ВАХ варикапа

В общем случае диод обладает барьерной и диффузионной ёмкостями. Барьерная ёмкость проявляется при приложении к p-n -переходу обратного изменяющегося во времени напряжения. При этом через p-n -переход протекает ток. Та доля тока (ток смещения), которая не связана с движением носителей заряда через p-n -переход, и определяет барьерную ёмкость

(появление тока смещения связано с изменением объёмного заряда). Объёмный заряд в p-n -переходе может быть положительным и отрицательным.

Диффузионную ёмкость обычно связывают с изменением заряда инжектированных неосновных носителей при изменении напряжения на диоде. В качестве варикапов используют диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная ёмкость. Для различных варикапов ёмкость может быть от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад. Варикапы применяют в основном в устройствах высоких и сверхвысоких частот, например, для настройки колебательных контуров.

Диоды Шоттки - это полупроводниковые приборы, в которых используются свойства потенциального барьера (барьера Шоттки ) на контакте металл - полупроводник.

В рассматриваемых диодах из-за разной высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок нет инжекции неосновных носителей заряда, нет и таких медленных процессов, как накопление и рассасывание неосновных носителей в базе. В результате инерционность диодов с выпрямлением на контакте металл -полупроводник определяется величиной барьерной ёмкости выпрямляющего контакта (Cбар = 1 пФ). Кроме того, у этих диодов

незначительные активные потери (прямое напряжение Uпр = 0,4 В,

что на 0,2 В меньше, чем у обычных диодов). ВАХ диодов Шоттки - строгая экспонента (рис. 15).

Рисунок 15-ВАХ диода Шотки

В связи с тем, что барьерная ёмкость и последовательное активное сопротивление в таких диодах небольшие, соответственно мало

и время перезарядки ёмкости; это даёт возможность использовать

диоды Шоттки в качестве сверхскоростных импульсных диодов (f = 3-15 ГГц), например, в некоторых схемах в качестве быстродействующих логарифмических элементов и в мощных высокочастотных выпрямителях, в которых диоды способны работать на частотах до 1 МГц при Uобр = 50В и Iпр=10А.

Туннельные диоды - это полупроводниковые приборы (не имеющие p-n- перехода), использующие эффект Ганна - возникновение на ВАХ участка отрицательного дифференциального сопротивления (рис. 16).

Рисунок 16-ВАХ туннельного диода

Отношение токов Imax / Imin = 5...10. Это свойство диодов Ганна используют при разработке усилителей, генераторов синусоидальных и релаксационных колебаний, в переключающих устройствах с частотами от 100 МГц до 10 ГГц.

Светодиоды - это излучающие полупроводниковые приборы (индикаторы), предназначенные для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

В основе принципа функционирования светодиодов лежит преобразование электрической энергии в электромагнитное излучение, спектр которого полностью или частично лежит в видимой области, диапазон длин волн которой составляет 0,45-0,68 мкм.

Светодиодная структура представляет собой р-п- переход, в котором при протекании прямого тока в несколько миллиампер в обеих областях перехода происходит рекомбинация инжектированных электронов и дырок, но наиболее эффективное преобразование инжектированных электронов в световую энергию протекает в базовой р -области.

Максимальное значение энергии, которое может выделиться при рекомбинации, равно ширине запрещённой зоны данного полупроводника. В полупроводниковых материалах с шириной запрещённой зоны менее 1,8 эВ может возбуждаться излучение с длиной волны более 0,7 мкм, которое лежит за пределами диапазона длин волн видимого света. Поэтому основными полупроводниковыми материалами, применяемыми для изготовления серийных светодиодов, являются фосфид галлия GaP), твёрдые растворы (GaAsP, GaAlP) и карбид кремния (SiC) с шириной запрещённой зоны более 2 эВ. Условное изображение и яркостная характеристика В (Iпр ) све_

тодиода, где В - яркость света в канделах, приведены на рис. 17.

Рисунок 17-ВАХ светодиода

Фотодиод - это полупроводниковый прибор с p-n- переходом,

обратный ток которого зависит от освещенности Ф (рис. 18, а ).

Рисунок 18-ВАХ фотодиода Рисунок 19-ВАХ диодного

При поглощении квантов света в p-n- переходе или в прилегающих к нему областях кристалла полупроводника образуются новые носители заряда (пары электрон-дырка), поэтому обратный ток (фототок) через фотодиод при освещении возрастает.

С увеличением светового потока Ф сопротивление перехода уменьшается (рис. 18, б ).

Приборы, предназначенные для использования этого явления, называют фоторезисторами , а транзисторы и тиристоры, реагирующие на эффект облучения световым потоком и способные одновременно усиливать фототок, называют соответственно фототранзисторами и фототиристорами .

Диодные оптроны - это приборы, состоящие из оптически связанных между собой элементов оптронной пары (управляемого светодиода и принимаю-щего излучение фотодиода) и предназначенные для выполнения функциональных электрических и оптических преобразований.

На рис. 19, а изображена схема диодного оптрона с внутренней прямой оптической связью. Изменение входного тока Iвх через светодиод сопровождается изменением яркости его свечения и изменением освещенности фотодиода, что приводит к уменьшению сопротивления фотодиода и соответственно к увеличению тока Iвых через выход оптрона (рис. 19, б ).

Важным свойством такого оптрона является полная электрическая развязка входа и выхода прибора, что исключает обратную электрическую связь с его выхода на вход.

Диод (Diode -eng. ) – электронный прибор, имеющий 2 электрода , основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную .

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем , а при передаче в другую , сопротивление многократно увеличивается , не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается .

Диоды бывают электровакуумные , газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые . Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

Конструкция диодов .

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия ), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа , то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная »)), другая обладает электропроводимостью n-типа , то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной »)).

Слой между ними называется p-n переходом . Здесь буквы p и n - первые в латинских словах negative - «отрицательный », и positive - «положительный ». Сторона p-типа , у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа - катодом (отрицательным электродом) диода.

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания , таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле .

При разогреве , электроны отделяются от одного электрода (катода ) и начинают движение к другому электроду (аноду ), благодаря электрическому магнитному полю . Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде . Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах , где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия , более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

Типы диодов:

• · Смесительный диод - создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.

• · pin диод - содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор .

• · Лавинный диод - применяется для защиты цепей от перенапряжения . Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.

• · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ -технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.

• · Магнитодиод . Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода .

• · Диоды Ганна . Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.

• · Диод Шоттки . Имеет малое падение напряжения при прямом включении.

• · Полупроводниковые лазеры .

Применяются в лазеростроении , по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне .

• · Фотодиоды . Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения . Применяются в датчиках света , движения и т.д.

• · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей ) . При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток .

• · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения .

• · Туннельные диоды , использующие квантовомеханические эффекты . Применяются как усилители , преобразователи , генераторы и пр.

• · (диоды Генри Раунда, LED ). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света .

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом , инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, и космической сфере).

• · Варикапы (диод Джона Джеумма ) Благодаря тому, что закрытый p-n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения . Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью .

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n ” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge) , кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs) . Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As ) мы получаем полупроводник “n ” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In ), мы получаем полупроводник “p ” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier , HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03 ). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа . Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя . Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон .

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max ”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.