Обратный ток диода / 0, если утечки малы, почти не зависит от напряжения на р - / г-переходе, но в сильной степени зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток резко возрастает за счет лавинного, или Зенеровского, пробоя. Если прибор не рассчитан специально для работы в области пробоя (как, например, стабилитрон и обращенный диод), то вслед за лавинным наступает и тепловой пробой, и диод гибнет. Заметим, что иногда тепловой пробой развивается раньше всех остальных.
Обратный ток диода растет с увеличением обратного напряжения. Главными причинами различия обратных ветвей характеристики реального и идеального диодов являются ток т е р м о - генерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода. В германиевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации мал и обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации является основной составляющей обратного тока.
Обратный ток диода зависит от температуры корпуса еще сильнее и имеет положительный коэффициент. Так, при увеличении температуры на каждые 10 С обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых - 2 5 раза.
| Схема замещения фотодиода.| Семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.| Относительная спектральная чувствительность г германиевых и кремниевых фотодиодов. |
Обратный ток диода возрастает при освещении p - n - перехода. Этот эффект может использоваться для фотометрических измерений. С этой целью в корпусе фотодиода делается прозрачное окно. На рис. 10.5 показано схемное обозначение фотодиода, на рис. 10.6 приведена его схема замещения, а на рис. 10.7 представлено семейство характеристик. Для фотодиодов характерно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, поэтому в отличие от фоторезисторов фотодиод может использоваться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов обычно составляет около 0 1 мкА / лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. Такой режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость р-п-пе-рехода.
Обратный ток диода изме-ряется микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым, так как выходное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1 % при изменении величины / обр от нуля до максимального (для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ. Поэтому падение напряжения на измерителе тока и токонесущих элементах схемы защиты не должно превышать 2 % от устанавливаемой величины обратного напряжения. Если генератор напряжения питается от сети, то пульсации на его выходе не должны превышать 1 % от выходного напряжения.
А.Н. Морковин
Исследование вольт-амперной характеристики полупроводникового диода
Мариуполь, 2012 г.
Цель работы: Изучить особенности, режимы и принципы функционирования полупроводникового диода.
Теоретическое введение
Полупроводниковые диоды - широкий класс твердотельных приборов, предназначенных для осуществления нелинейных преобразований электрических сигналов (выпрямление, детектирование, генерирование и т.д.), преобразования электрической энергии в излучение (светодиоды, лазеры) и, наоборот, преобразования излучения в электрическую энергию (фотопреобразователи, солнечные элементы).Принцип работы диодов базируется на процессах, протекающих вследствие образования p-n-перехода.
Изучим терминологический аппарат.
Полупроводник - это материал
Если легировать 4-валентный полупроводник (например, кремний) 5-валентной примесью (например, фосфором) мы получим полупроводник n-типа донорной . Дополнительный пятый электрон донорной примеси проще переходит в свободное состояние и перенос заряда осуществляется свободными электронами.
Для полупроводника n-типа проводимости электроны являются основными носителями заряда . Дырки - неосновные носители заряда .
При легировании 4-валентного полупроводника (например, кремния) 3-валентной примесью (например, бором) получим полупроводник p-типа . В этом случае примесь называется акцепторной . Поскольку 3-валентная примесь, для обеспечения нормальной ковалентной связи в кристаллической решетке, забирает один недостающий электрон кремния, в валентной зоне возникает дырка. Вследствие чего перенос заряда в полупроводнике p-типа имеет дырочную природу.
Для полупроводника p-типа дырки будут являться основными носителями заряда. Электроны - неосновные носители заряда.
Контакт полупроводников n-типа и p-типа, из-за разности концентраций основных носителей заряда, приводит к образованию неподвижного объемного заряда и, как следствие, к нелинейной зависимости тока от подаваемого на p-n-переход напряжения. Данное свойство легло в основу работы полупроводникового диода.
Поскольку простым соединением полупроводников разного типа невозможно добиться образования p-n-перехода, из-за высокой дефектности границы, контакта p- и n-областей добиваются путем легирования ограниченной области полупроводника одного типа примесью другого типа.
Рис. 1. Легирование полупроводника n-типа примесью p-типа для образования p-n-перехода.
^
Равновесное состояние p-n-перехода
Пусть внутренняя граница раздела двух областей полупроводника с различным типом проводимости является плоскость ММ (см. рис. 2). Слева находится полупроводник p-типа, справа - n-типа.
Т.к. в полупроводнике n-типа концентрация свободных электронов значительно превышает их концентрацию в соседнем полупроводнике p-типа, возникает градиент концентрации, заставляющий основные носители заряда (в данном случае электроны) диффундировать в соседнюю область.
Таким образом, из полупроводника n-типа основные носители заряда (электроны) диффундируют в p-область. Им на встречу, увлекаемые все тем же градиентом концентрации, из p-области в n-область движутся дырки. Мы имеем диффузионные потоки основных носителей заряда через p-n-переход.
При этом электроны, перешедшие из n-области в p-область, рекомбинируют вблизи границы раздела этих областей с дырками p-области; точно также дырки, перешедшие из p-области в n-облатсь, рекомбинируют здесь с электронами этой области. В результате этого в приконтактном слое n-области практически не остается свободных электронов и в нем формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных доноров.
В приконтактном слое p-области практически не остается дырок и в нем формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных акцепторов.
Неподвижный объемный заряд создает в p-n-переходе контактное электрическое поле с определенной разностью потенциалов, локализованное в области перехода и практически не выходящее за его приделы. Поэтому вне слоя, где поля нет, свободные носители заряда движутся по-прежнему хаотично и число носителей, ежесекундно наталкивающихся на слой объемного заряда, зависит только от их концентрации и скорости теплового движения.
Если в слой объемного заряда влетает неосновной носитель (электрон для p-области или дырка для n-области), то контактное поле подхватывает его и перебрасывает через этот слой. Получается, что каждый неосновной носитель заряда, налетающий на p-n-переход, проходит через него.
Наоборот, основные носители заряда (электроны для n-области и дырки для p-области) могут перелетать через слой объемных зарядов лишь в том случае, если кинетическая энергия их движения вдоль оси x достаточна для преодоления контактной разности потенциалов. Поэтому, как только образуются объемные заряды у границы раздела ММ, потоки основных носителей, пересекающих эту границу, уменьшаются. Если, однако, эти потоки все еще превышают встречные потоки неосновных носителей, остающиеся неизменными, объемный заряд будет увеличиваться. Это увеличение продолжается до тех пор, пока потоки основных носителей, уменьшаясь, не сравняются с потоками неосновных носителей. Таким образом, устанавливается динамическое равновесное состояние перехода .
Рис. 2. P-n-переход и объемный заряд.
^
Прямое и обратное смещение p-n-перехода
Рассмотрим явления, происходящие в диоде, к которому приложена разность потенциалов от внешнего источника напряжения.
Смещение, при котором плюс источника подсоединен к n-области, а минус - к p-области называется обратным (см. рис. 3).
Рис. 3. Обратное смещение на p-n-переходе.
Внешнее поле Е вн вызывает дрейф основных носителей заряда в направлениях, указанных стрелками на рис. 3. Таким образом, вся масса электронов n-области и дырок p-области отходит от p-n-перехода, обнажая при этом новые слои ионизированных доноров и акцепторов, т. е. расширяя область объемного заряда до размера d 0 + Δd.
При прямом смещении (плюс источника напряжение подсоединяется к p-области, а минус - к n-области) возникающее в объеме n- и p-областей электрическое поле вызывает приток основных носителей к области объемного заряда p-n-перехода. Контактная разность потенциалов при этом уменьшается до значения V k – V. При этом заряды, созданные внешним источником напряжения на омических контактах, оказываются перенесенными на границы области объемного заряда и она сужается до размеров d 0 – Δd (см. рис. 4).
Рис. 4. Прямое смещение на p-n-переходе.
^
Прямой и обратный токи p-n-перехода
При обратном смещении на p-n-переходе ток основных носителей заряда, сдерживаемый возросшим потенциальным барьером, уменьшается. Увеличение обратного смещения приведет к дальнейшему росту потенциального барьера и, в конце концов, ток основных носителей заряда через p-n-переход станет равным нулю.
В этом случае на вольт-амперной характеристике будет наблюдаться лишь обратный ток неосновных носителей, попавших в область объемного заряда за счет дрейфа.
Прямое смещение понижает потенциальный барьер для основных носителей заряда, что приводит к росту прямого диффузионного тока. Основные носители заряда, гонимые градиентом концентрации, устремляются через понизившийся потенциальный барьер и прямой диффузионный ток через p-n-переход, в этом случае, значительно превысит обратный ток дрейфа неосновных носителей заряда.
Таким образом, подача внешнего смещения на p-n-переход выводит его из состояния динамического равновесия.
Простроим вольт-амперную характеристику p-n-перехода (см. рис. 5).
^ Рис. 5. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода.
Как видно из рис. 5., при достаточно больших обратных смещениях возникает резкое увеличение обратного тока. Это связано с явлением пробоя p-n-перехода .
^
Пробой p-n-перехода
В зависимости от характеристик физических процессов, обуславливающих резкое возрастание обратного тока, различают четыре основных типа пробоя: туннельный , лавинный , тепловой и поверхностный .
Тепловой пробой.
При протекании обратного тока в p-n-переходе выделяется теплота и его температура повышается. Увеличение температуры определяется качеством теплоотвода. Увеличение температуры вызывает увеличение обратного тока, что, в свою очередь, приводит к новому росту температуры и обратного тока и т. д. Ток начинает нарастать лавинообразно и наступает тепловой пробой p-n-перехода.
^ Лавинный пробой.
В достаточно широких p-n-переходах при высоких обратных смещениях неосновные носители могут приобретать в поле перехода настолько большую кинетическую энергию, что оказываются способными вызвать ударную ионизацию полупроводника. В результате ударной ионизации могут образовываться дополнительные носители заряда (электрон-дырочные пары), растаскиваемые полем объемного заряда в направлении тока дрейфа (обратного тока). Дополнительные носители также могут вызвать ударную ионизацию, что приведет к образованию лавинного пробоя и резкому увеличению обратного тока.
Диоды, предназначенные для работы в таком режиме, называют стабилитронами . Их изготавливают из кремния, так как кремниевые диоды имеют весьма крутую ветвь ВАХ в области пробоя и в широком диапазоне рабочих токов у них не возникает теплового пробоя.
^ Туннельный пробой.
При приложении к p-n-переходу достаточно высокого обратного смещения возможен прямой туннельный переход электронов из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области. С увеличением обратного смещения толщина барьера уменьшается (речь идет именно о потенциальном барьере на пути электронов из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области, а не о ширине области объемного заряда). Если p-n-переход достаточно тонок, то при невысоких значениях обратного смещения можно наблюдать туннелирование электронов через p-n-переход и его пробой.
^ Поверхностный пробой.
Заряд, локализующийся на поверхности полупроводника в месте выхода p-n-перехода, может вызвать сильное изменение напряженности поля в переходе и его ширины. В этом случае более вероятным может отказаться пробой поверхностной области p-n-перехода.
^
Выполнение работы
В работе курсанту предлагается самостоятельно убедится в нелинейной зависимости вольт-амперной характеристики диода при прямом и обратном смещении, а также пронаблюдать лавинный пробой и сделать выводы о способностях диода к стабилизации напряжения.
Для этого предлагается два диода (стабилитрона), источник напряжения (позволяющий задавать напряжение в пределах 0 - 30 В с шагом 0.1 В), измерительные приборы (мультиметры).
Собрав схему, представленную на рис. 6 курсант должен снять зависимость прямого и обратного тока от прямого и обратного смещения на p-n-переходе соответственно.
^ Рис. 6. Схема изучения ВАХ диода.
Ход работы:
Изменяя напряжение U вх необходимо снять зависимость обратного тока (амперметр А) от обратного смещения на p-n-переходе (вольтметр V). Количество точек и шаг изменения U вх выбрать таким, чтобы на итоговой ВАХ диода было видно увеличение обратного тока вблизи нулевого смещения, дальнейший выход на плато и пробой. Запрещается выходить в режим глубокого пробоя, чтобы не допустить перегрева диода и выхода из строя прибора.
Переключить напряжение на прямое смещение и снять зависимость тока (амперметр А) от напряжения на p-n-переходе (вольтметр V) в прямом смещении.
В процессе получения точек для построения ВАХ записывать напряжение, подаваемые на вход схемы (U вх).
Данные эксперимента занести в таблицу 1.
Из таблицы 1, учитывая пределы измерения и показания измерительных приборов, преобразовать экспериментальные данные и занести их в таблицу 2.
На основе таблицы 2 построить вольт-амперную характеристику диода (аналогично рис. 5).
Повторить инструкции пунктов 1 - 7 для второго стабилитрона лабораторного стенда.
Для заполнения данными таблиц 1 и 2, а также для построения вольт-амперной характеристики можно воспользоваться компьютерными программами (Excel, Open Office Calc, Google документы). Таблицы и графики должны быть распечатаны, вырезаны и вклеены в лабораторную тетрадь.
Примечание:
Максимально допустимый ток стабилизации I ст.макс. - это наибольший ток через стабилитрон, при котором температура его р-n-перехода не превышает допустимой. Превышение тока I ст.макс. ведет к тепловому пробою р-n-перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.
Для стабилитронов лабораторного стенда I ст.макс. = 29 мА (данные взяты из таблицы характеристик данной марки стабилитрона).
Основываясь на максимальном значении тока стабилизации и максимально возможном напряжении лабораторного источника (30 В) необходимо рассчитать номинал сопротивления R исходя из следующих соображений: при максимальном напряжении U вх ток через стабилитрон не должен превысить I стаб.макс.
^ Полученный номинал сопротивления указать в отчете.
Таблица 1. Экспериментальные данные.
| ^ Напряжение на входе (U вх), В | Напряжение на диоде (V), В | Показания амперметра (А) | Придел шкалы амперметра (А), мА |
| |
|||
| 0,1 | |||
| 0,2 | |||
| … | |||
| |
|||
| 0,1 | |||
| 0,2 | |||
| … | |||
| |
|||
| 0,1 | |||
| 0,2 | |||
| … | |||
| |
|||
| 0,1 | |||
| 0,2 | |||
| … | |||
Таблица 2. Данные для построение ВАХ.
| ^ Напряжение на диоде, В | Ток в схеме, мА |
| Диод №1. Полярность на входе (а). |
|
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №1. Полярность на входе (б). |
|
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №2. Полярность на входе (а). |
|
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
| Диод №2. Полярность на входе (б). |
|
| 0,1 | |
| 0,2 | |
| … | |
Контрольные вопросы:
Поясните принцип образования объемного неподвижного заряда на границе p-n-перехода.
Почему обратный ток p-n-перехода не меняется при увеличении обратного смещения до наступления пробоя?
Чем обусловлено увеличение тока при подаче прямого напряжения на p-n-переход?
Какой пробой наблюдается в стабилитроне? Какова его физическая природа?
Что показывает амперметр А в схеме на рис. 6?
Зачем в экспериментальной схеме, изображенной на рис. 6, применяется сопротивление R?
Что показывает вольтметр V в схеме на рис. 6?
На диод подается смещение U вх, при появлении тока в схеме напряжение V, падающее на диоде, уменьшается. Где падает разность напряжений U вх – V? Почему при отсутствии тока в схеме U вх = V?
Меняется ли напряжение на диоде в режиме пробоя c увеличением обратного смещения U вх? Какие выводы из этого следуют?
Существует три вида диодов:
Газонаполненные;
Электровакуумные;
Полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.
В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, поэтому его электропроводность, как и у диэлектрика крайне мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость увеличится. Для того чтоб заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень малое количество примеси – 1 атом примеси на 10 6 атомов полупроводника. Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.
Если электрон освободился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона появилась новая дырка. Электроны двигаются от отрицательного к положительному потенциалу, а дырки можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении. Также дырки можно рассматривать как элемент положительного заряда. Примеси, которые образовывают свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые делают дырки – акцепторными. Процесс заполнения неполных валентных связей называется рекомбинация.
Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода
p - n переход – это переходной слой, полученный на границе полупроводников разной проводимости.
Различают два типа перехода:
Плоскостной;
Точечный.
Принцип работы полупроводникового диода основан на особенности p - n перехода - ярко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).
На основании представленных характеристик материалов создан полупроводниковый прибор – диод.
Рисунок 2 – Обозначение диода
в электрических схемах – VD .
Основные электрические параметры диода:
1. І ном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.
2. Максимальный импульсный ток – І і. max .
3. Обратное максимальное напряжение U обр.
Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям в воздухе, поэтому их размещают в герметичном корпусе из стекла или керамики.
Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток - черная кривая, напряжение - красная):
Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде
С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет малое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает мгновенно, переставая пропускать через себя ток.
Широко применяются при необходимости преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение будет иметь пульсирующий вид, как изображено на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же применять диодный мост , то будет осуществлено двухполупериодное выпрямление. В полученном пульсирующем напряжении для электрических приборов будет важно действующее значение напряжения . Для трехфазных сетей применяют выпрямитель Ларионова.
Специальные диоды
– разновидность диода, которому характерна вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначен продолжительно работать.
Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона
Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.
Основные характеристики: U стабилизации , І min , I max – граничные значения тока через стабилитрон.
Туннельный диод – это диод, которому характерно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно увеличивается выходное значение тока. Напряжение пробоя такого полупроводника практически равно нулю.
Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода
Используются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.
Динистор – специальный диод, который сохраняет высокое сопротивление до определенного значения прямого напряжения, после чего сопротивление резко спадает и равно величине сопротивления открытого диода.
Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора
Используют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.
Варикап – диод, у которого изменяется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.
Рисунок 7 – ВАХ варикапа
Применяются в электрических схемах, где необходима настройка частоты контура колебания, деление или умножение частоты.
Характерные для варикапа параметры:
Общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;
Коэффициент перекрытия по емкости – при двух некоторых значениях напряжения отношения емкостей варикапа.
Температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.
Предельная частота – та, на которой реактивная составляющая варикапа становится равна активной.
– спец диод, обратная проводимость которого изменяется от величины светового потока Ф.
Рисунок 8 – ВАХ фотодиода
Используются в измерителях светового потока и приборах автоматики.
Светодиод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении электрического тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.
Отличительной особенностью светодиода является экономичность – очень малое потребление тока (2-5мА).
Есть другой способ снижения напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про смотри здесь.
Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении, диодов.
Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него — от 0,5 до 1,2 Волта.
На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта. Исходя из того, на сколько вольт нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.
Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить: 6 В: 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В: 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.
Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?
На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.
У резистора (проволочного сопротивления) линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.
Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В. На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.
Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.
Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.
Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.
Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем ток в рассчитываемой цепи.
Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.
В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).
П
олупроводниками являются вещества, занимающие промежуточное положение
между проводниками и изоляторами, по своим электропроводящим свойствам.
В полупроводниках, как и в металлах ток представляет из себя упорядоченное
движение заряженных частиц.
Однако, вместе с перемещением отрицательных зарядов(электронов) в полупроводниках
имеет место упорядоченное перемещение положительных зарядов, т. н. - дырок
.
Дырки получаются при участии ионов вещества полупроводника - атомов с сбежавшими электронами. В реальности, ионизированные атомы не покидают своего места, в кристаллической решетке. На самом деле, имеет место поэтапное изменение состояния атомов вещества, когда электроны перескакивают с одного атома, на другой. Возникает процесс, внешне выглядящий, как упорядоченное движение неких условных положительно заряженных частиц - дырок .
В обычном, чистом полупроводнике соотношение дырок
и свободных электродов 50%:50%.
Но стоит добавить в полупроводник небольшое количество вещества - примеси, как это
соотношение претерпевает значительные изменения. В зависимости от особенностей
добавленного вещества полупроводник приобретает либо ярко выраженную электронную
проводимость(n-тип), либо его основными носителями становятся дырки(p-тип).
Полупроводниковый переход(p-n) формируется на стыке двух фрагментов полупроводникового материала, имеющих разную проводимость. Он представляет из себя крайне тонкую область, обедненную носителями обоих типов. p-n переход имеет незначительное сопротивление, когда направление тока - прямое, и очень большое, когда направление тока - обратное.
Обычный полупроводниковый диод состоит из одного полупроводникового перехода, снабженного двумя выводами - анодом (положительным электродом) и катодом - отрицательным электродом. Соответственно, диод обладает свойством односторонней проводимости - он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном.
Что это означает на практике?
Представим себе электрическую цепь, состоящую из батарейки и лампочки накаливания, подключенной последовательно через полупроводниковый диод.
Лампочка будет гореть только в том случае, если анод
(положительный электрод) подключен к плюсу
источника питания (батарейки) а катод
(отрицательный электрод) к минусу - через накальную нить лампочки.
Это и является прямым включением полупроводникового диода. Если поменять полярность источника питания, включение диода окажется обратным - лампочка гореть не будет. Обратите внимание как выглядит обозначение полупроводникового диода на схеме - треугольная стрелочка, указывающая прямое включение, совпадает с общепринятым в электротехнике направлением тока - от плюса источника питания, к минусу. Вертикальная черточка примыкающая к ней символизирует преграду для движения тока в обратном направлении.
Существует одно обязательное условие для нормальной работы любого полупроводникового
диода.
Напряжение источника питания должно превышать некоторый порог (величину потенциала внутреннего смещения p-n перехода).
Для выпрямительных диодов он как правило - меньше 1 вольта, для германиевых высокочастотных диодов порядка 0,1 вольта, для светодиодов может превышать 3 вольта.
Это свойство полупроводниковых диодов можно использовать при создании низковольтных стабилизированных источников питания.
Если диод подключить обратно и постепенно повышать напряжение источника питания, в некоторый момент обязательно наступит обратный электрический пробой p-n перехода. Диод начнет пропускать ток и в обратном направлении, а переход окажется испорченным. Величина максимального допустимого обратного напряжения (Uобр.и.) широко разнится у различных типов полупроводниковых диодов и является очень важным параметром.
Вторым, не менее важным параметром можно назвать предельное значение прямого тока-Uпр. Этот параметр напрямую зависит от величины падения напряжения на переходе полупроводникового диода, материала полупроводника и теплообменных характеристик корпуса.
Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт
