- Принцип роботи:
- Функції (в залежності від конструкції і призначення):
- За конструкцією:
- Електричний пробій:
- Тепловий пробій:
- Паразитні властивості діода:
- ємність:
Діод (англ. Diode, від грец. Δις - два і ὁδός - шлях) - пристрій на основі напівпровідника, що володіє різною провідністю залежно від напряму електричного поля.
Принцип роботи:
Принцип роботи заснований на використанні явища pn переходу, провідність якого залежить від полярності прикладеної напруги. Детальніше про це явище можна прочитати тут .
Функції (в залежності від конструкції і призначення):
- Виборче пропускання струму, в залежності від його напряму.
- Стабілізація напруги.
- Прийом світлових сигналів.
- Випромінювання світла.
призначення:
- Перетворення змінного струму в односпрямований пульсуючий (випрямлення струму).
- Виділення средневипрямленного і середньоквадратичного значення струму (діодні детектори).
- Захист пристроїв від неправильної полярності включення, захист входів схем від перевантаження, ключів від пробою ЕРС самоіндукції, що виникає при виключенні індуктивного навантаження і т.п.
- Комутація високочастотних сигналів.
- Обмеження або стабілізація рівня напруги.
- Детектування наявності і рівня освітленості.
- Випромінювання світла.
Класифікація діодів:
За способом монтажу:
- для поверхневого монтажу (SMD / SMT);
- для навісного монтажу (TH);
- інтегральні (тонкоплівкові).
За призначенням:
- випрямні;
- імпульсні;
Мають малу тривалість перехідних процесів, призначені для застосування в імпульсних режимах роботи.
- детекторні;
- змішувальні;
Призначені для перетворення високочастотних сигналів в сигнали різницевої частоти, яка визначається частотою генератора, що задає.
- переключательние;
Застосовуються в пристроях управління рівнем надвисокочастотної потужності.
- обмежувальні;
- захисні;
Захист апаратури від підвищення напруги.
- генераторні;
Використовуються для генерації ВЧ і СВЧ коливань.
- приймальні;
- Випромінювальні.
За конструкцією:
- Діод Шотткі;
- СВЧ-діод;
- Стабілітрон (діод Зенера);
- варикап;
- світлодіод;
- фотодіод;
- Pin діод;
- Лавинний діод;
- Лавинно-пролітний діод;
- Діод Ганна;
- Тунельний діод;
- Звернений діод.
За розміром p - n переходу:
- площинні;
- точкові.
За частотного діапазону:
- низькочастотні;
- високочастотні;
- СВЧ.
ВАХ діода:
Для початку розглянемо ВАХ ідеального діода.
Малюнок 1 - ВАХ ідеального діода.
Як видно з графіка, діод проводить струм тільки при прямій напрузі на його висновках (тобто плюс на аноді, мінус на катоді). Струм I 0 - це струм насичення, тобто максимальний зворотний струм, викликаний тепловим дрейфом носіїв струму в області pn переходу, він на кілька порядків менше прямого струму.
Для любителів формул, можна відзначити, що ВАХ ідеального діода описується наступним виразом:
спойлер
де:
I 0 - струм насичення.
- тепловий потенціал (е - елементарний заряд електрона, k - постійна Больцмана, Т - абсолютна температура).
Однак, в житті, як відомо, не все так просто і доводиться постійно напружувати свій мозок. ВАХ реального діода дещо відрізняється.
Малюнок 2 - ВАХ реального діода.
Перша відмінність - різний напруга відкривання діода (U 0), в залежності від використовуваного матеріалу напівпровідника. Для кремнію (Si) воно становить приблизно 0.7 В; для германію (Ge) - 0.3 В.
Друга відмінність - інший вид зворотної гілки, наявність пробою pn переходу.
Зазвичай виділяють ділянки електричного (А-Б) та теплового (Б-В) пробою. Електричний пробій за своєю суттю порушує лише електричну ізоляцію областей pn переходу, тому він є оборотним. Тепловий пробій навпаки, порушує фізичну цілісність pn переходу, по суті, він просто вигорає, очевидно, що тепловий пробій є незворотнім і приводить в непридатність елемент.
Якщо Вам цікаві причини пробою, то наступний абзац для Вас.
спойлер
Електричний пробій:
Електричний пробій виникає через різке зростання зворотного струму внаслідок різкого зменшення опору замикаючого шару. Уважний читач тут же заперечить: «як же так? Адже збільшення зворотної напруги для pn переходу викликає збільшення геометричних розмірів замикаючого шару, а, отже, і його опору! ». А пояснюється це справа досить просто. Реальність завжди придумує Нам будь-які складності, тому в напівпровідниках присутні два явища - лавинне розмноження заряду і тунельний ефект, за назвами, яких і поділяють електричний пробій на лавинний і тунельний. І якщо для розуміння першого ефекту достатньо прочитати про його суть, то тунельний ефект є квантовим ефектом, і для його розуміння просто необхідно напружити свій мозок.
Лавинне розмноження заряду відбувається за рахунок явища ударної іонізації, суть якого полягає в тому, що електрони, прискорюючись електричним полем, набувають енергії, достатньої для вибивання електронів з атомів кристалічної решітки напівпровідника, які в свою чергу, також прискорюються даними полем, і відбувається так званий «лавинний» процес відриву електронів від атомів електричним полем. Результатом цих процесів є різке збільшення провідності, а, отже, зменшення опору замикаючого шару практично без зміни його геометричних розмірів.
Тунельний ефект (в англомовній літературі також відомий як ефект Зенера) найбільш вірогідний в pn переходах малої товщини. Суть його в тому, що електрони, які мають повну енергію менше, ніж висота енергетичного бар'єру, таки проникають через цей енергетичний бар'єр, в нашому випадку - бар'єр pn переходу, без зміни енергії, при таких напружених, коли зона провідності в n-області має рівні енергетичні рівні з валентною зоною р-області. Цей ефект є повністю квантовим і суперечить класичній механіці. Як спрощеного пояснення можна сказати наступне. З рішення рівняння Шредінгера для завдання потенційного бар'єру, слід ненульовий коефіцієнт прозорості бар'єра для частинок з енергією рівною або менше висоти цього бар'єру. Ну а щоб усунути можливі логічні труднощі, можна згадати про співвідношення невизначеностей (співвідношення Гейзенберга), яке говорить про те, що якщо ми зменшуємо невизначеність в координаті частки, то збільшуємо невизначеність в імпульсі, і навпаки. Отже, ми не можемо сказати достовірно, що частка, що пройшла бар'єр, дійсно мала в момент проходження певну енергію.
Також потрібно відзначити, що тунельний ефект носить імовірнісний характер, тому найбільша ймовірність його виникнення в pn переходах з великою концентрацією домішок.
Тепловий пробій:
Тепловий пробій виникає, коли виділяється на pn переході кількість теплоти, що створюється зворотним струмом, перевищує відведений. Опір напівпровідника зменшується з ростом температури, отже, через зниження опору pn переходу, через нього ще більше зростає протікає струм і відбувається теплове руйнування pn переходу.
Паразитні властивості діода:
Вплив температури:
Так як дрейфові процеси в напівпровіднику грають не останню роль, то і температура може істотно змінити ВАХ pn переходу і відповідно параметри діода.
Малюнок 3 - Вплив температури на ВАХ діода.
де:
- нормальна температура навколишнього середовища ();
- температура експлуатації діода.
ємність:
Так як pn перехід є межею поділу областей з різними типами провідності, тобто різно полярними зарядами, то цілком очевидно, що він має певну величину електричної ємності. При зворотній напрузі на переході, що замикає шар, що має високий опір, грає роль діелектрика.
У загальному випадку ємність діода складається з бар'єрної і дифузійної.
Дифузійна ємність викликана наявністю різно полярних зарядів всередині напівпровідника. Виявляється ця ємність при протіканні значного прямого струму.
де:
- протікає прямий струм через діод;
- ефективне час життя неосновних носіїв заряду;
- тепловий потенціал.
Бар'єрна ємність виникає через наявність неосновних носіїв заряду, тобто через те, що ток в напівпровіднику може виникати не тільки при русі електронів, а й під час руху дірок.
де:
- ємність pn переходу при Т = 20 ° С і U обр. = 0 В;
- зворотна напруга на діоді;
- контактна різниця потенціалу pn переходу (для Si - 0.9-1.2 В; для Ge - 0.6-0.7 В);
- коефіцієнт розподілу домішок в напівпровіднику (0.5 для ступеневої розподілу; 0.3 для лінійного).
Сторінок: 1 2 3 4 5
Уважний читач тут же заперечить: «як же так?