Диоды. Презентация на тему «Полупроводниковые диоды Презентация на тему виды диодов

Слайд 2

Диод- электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь.

Слайд 3

Диод имеет два контакта, которые называют анодом и катодом. При включении диода в электрическую цепь ток протекает от анода к катоду. Умение проводить ток только в одну сторону - основное свойство диода. Диоды относятся к классу полупроводников и считаются активными электронным компонентам (резисторы и конденсаторы - пассивными).

Слайд 4

Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Это свойство и определяет назначение диода: – преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование); – выпрямление переменного тока в постоянный Свойства диода

Слайд 5

Классификация диодов По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые. Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм). Полупроводниковые диоды

Слайд 6

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды точечные и плоскостные. По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы: выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), стабисторы, туннельные диоды, обращенные диоды, лавинно-пролетные (ЛПД), тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны.

Слайд 7

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами: – током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток Іпр); – током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток Іобр); – наибольшим допустимым выпрямленным ТОКОМ выпр. макс; – наибольшим допустимым прямым током І пр.доп.; – прямым напряжением U n p ; – обратным напряжением и об Р; – наибольшим допустимым обратным напряжением и обр.макс – емкостью Сд между выводами диода; – габаритами и диапазоном рабочих температур

Слайд 8

При подключении диода в цепь должна быть соблюдена правильная полярность. Чтобы было легко определить расположение катода и анода, на корпус или на один из выводов диода наносят специальные метки. Встречаются различные способы маркировки диодов, но чаще всего на сторону корпуса, соответствующую катоду, наносят кольцевую полоску. Если маркировка диода отсутствует, то выводы полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительного прибора - диод пропускает ток только в одну сторону Работа диода

Слайд 9

Работу диода можно наглядно представить при помощи простого эксперимента. Если к диоду через маломощную лампу накаливания подключить батарею так, чтобы положительный вывод батареи был соединен с анодом, а отрицательный - с катодом диода, то в получившейся электрической цепи потечет ток и лампочка загорится. Максимальная величина этого тока зависит от сопротивления полупроводникового перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Данное состояние диода назвается открытым, ток, текущий через него, - прямым током I пр, а поданное на него напряжение, из-за которого диод оказался в открытым, - прямым напряжением U пр. Если выводы диода поменять местами, то лампа не будет светиться, так как диод будет находиться в закрытом состоянии и оказывать току в цепи сильное сопротивление. Стоит отметить, что небольшой ток через полупроводниковый переход диода в обратном направлении все же потечет, но в сравнении с прямым током будет настолько маленьким, что лампочка даже не среагирует. Такой ток называют обратым током I обр, а напряжение, создающее его,- обратным напряжением U обр.

10

Слайд 10

Маркировка диодов На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение. Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой - анод (плюс). Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак « + ». На плоских выводах некоторых диодов (например, серии Д2) прямо вьіштамповано условное обозначение диода и его тип. При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду (рис. 2.1). Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок (табл. 2.1). Диоды старых типов, в частности точечные, выпускались в стеклянном оформлении и маркировались буквой « Д » с добавлением цифры и буквы, обозначающих подтип прибора. Германиево-индиевые плоскостные диоды имели обозначение « Д7 ».

11

Слайд 11

Система обозначений Система обозначений состоит из четырех элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 - германий* К или 2 - кремний, А или 3 - арсенид галлия, И или 4 - фосфид индия. Второй элемент - буква, показывающая класс или группу диода. Третий элемент - число, определяющее назначение или электрические свойства диода. Четвертый элемент указывает порядковый номер технологической разработки диода и обозначается от А до Я. Например, диод КД202А расшифровывается: К - материал, кремний, Д - диод выпрямительный, 202 - назначение и номер разработки, А - разновидность; 2С920 - кремниевый стабилитрон большой мощности разновидности типа А; АИЗ01Б - фосфид-индиевый туннельный диод переключающей разновидности типа Б. Иногда встречаются диоды, обозначенные по устаревшим системам: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Диоды Д7 отличаются от диодов ДГ-Ц цельнометаллической конструкцией корпуса, вследствие чего они надежнее работают во влажной атмосфере. Германиевые диоды типа ДГ-Ц21…ДГ-Ц27 и близкие к ним по характеристикам диоды Д7А…Д7Ж обычно используют в выпрямителях для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока. В условное обозначение диода не всегда входят некоторые технические данные, поэтому их необходимо искать в справочниках по полупроводниковым приборам. Одним из исключений является обозначение для некоторых диодов с буквами КС или цифрой вместо К (например, 2С) - кремниевые стабилитроны и стабисторы. После этих обозначений стоит три цифры, если это первые цифры: 1 или 4, то взяв последние две цифры и разделив их на 10 получим напряжение стабилизации Uст. Например, КС107А - стабистор, Uст = 0,7 В, 2С133А - стабилитрон, Uст = 3,3 В. Если первая цифра 2 или 5, то последние две цифры показывают Uст, например, КС 213Б - Uст = 13 В, 2С 291А - 0Uст = 91 В, если цифра 6, то к последним двум цифрам нужно прибавить 100 В, например, КС 680А – Uст = 180 В.

12

Слайд 12

Структурная схема полупроводникового диода с р - n-переходом: 1 - кристалл; 2 - выводы (токоподводы); 3 - электроды (омические контакты); 4 - плоскость р - n-перехода. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р - n-переходом: U - напряжение на диоде; I - ток через диод; U* oбр и I* oбр - максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; U cт - напряжение стабилизации.

13

Слайд 13

Малосигнальная (для низких уровней сигнала) эквивалентная схема полупроводникового диода с р - n-переходом: r p-n - нелинейное сопротивление р - n-перехода; r б - сопротивление объёма полупроводника (базы диода); r yт - сопротивление поверхностных утечек; С Б - барьерная ёмкость р - n-перехода; С диф - диффузионная ёмкость, обусловленная накоплением подвижных зарядов в базе при прямом напряжении; С к - ёмкость корпуса; L к - индуктивность токоподводов; А и Б - выводы. Сплошной линией показано подключение элементов, относящихся к собственно р - n-переходу. Вольтамперные характеристики туннельного (1) и обращенного (2) диодов: U - напряжение на диоде; I - ток через диод

14

Слайд 14

Полупроводниковые диоды (внешний вид): 1 - выпрямительный диод; 2 - фотодиод; 3 - СВЧ диод; 4 и 5 - диодные матрицы; 6 - импульсный диод. Корпуса диодов: 1 и 2 - металло-стеклянные; 3 и 4 - металло-керамические; 5 - пластмассовый; 6 - стеклянный

15

Слайд 15

Диод Шоттки Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Стабилитрон / диод Зенера / Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Варикап Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

16

Слайд 16

Тиристор Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод - используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках

17

Слайд 17

Светодиод диоды Генри Раунда Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.

18

Последний слайд презентации: Диод

Инфракрасный диод Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне. Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка. Фотодиод Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

Презентация по теме: «Полупроводниковые диоды» Выполнили: Бармин Р.А. Гельзин И.Е. Полупроводниковый диод – это нелинейный электронный прибор с двумя выводами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными. Мы рассмотрим следующие типы диодов: выпрямительные диоды на основе p-n перехода стабилитроны варикапы, туннельные и обращенные диоды. J J s (e VG 1) Выпрямительный диод на основе p-n перехода Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно дырочный переход, вольт-амперная характеристика такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю. Рис. Параметры полупроводникового диода: а) вольт-амперная характеристика; б) конструкция корпуса ВАХ описывается уравнением J J s (e VG 1) Выпрямление в диоде Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p-n перехода является резкая асимметрия вольт-амперной характеристики: высокая проводимость при прямом смещении и низкая при обратном. Это свойство диода используется в выпрямительных диодах. На рисунке приведена схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока в диоде. - Коэффициент выпрямления идеального диода на основе p-n перехода. Характеристическое сопротивление Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rD и сопротивление по постоянному току RD. Дифференциальное сопротивление определяется как Сопротивление по постоянному току RD U I U I 0 (e U 1) На прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > rD, а на обратном участке – меньше RD < rD. Стабилитроны Стабилитрон - это полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф составляет значение: Rдиф 250 Ом. Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом. Напряжение стабилизации Uстаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, – лавинный и туннельный пробой p-n перехода. Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации Uстаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: Uстаб < 5 В. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации обычно имеет большие значения и составляет величину более 8 вольт: Uстаб > 8 В. Варикапы Варикап - полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др. При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь nобласти, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p+-n+ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольтамперной характеристики которого наблюдается n-образная зависимость тока от напряжения. В полупроводнике n+-типа все состояния в зоне проводимости вплоть до уровня Ферми заняты электронами, а в полупроводнике p+-типа – дырками. Зонная диаграмма p+-n+ перехода, образованного двумя вырожденными полупроводниками: Рассчитаем, чему равна геометрическая ширина вырожденного p-n перехода. Будем считать, что при этом сохраняется несимметричность p-n перехода (p+ – более сильнолегированная область). Тогда ширина p+-n+ перехода мала: 2 s 0 2 0 W 2 s 0 E g qN D 2 1 10 qN D 12 1.6 10 19 1 6 ~ 10 ñì ~ 100 Å Дебройлевскую длину волны электрона оценим из простых соотношений: E 2 2 2 2m 2 kT ; 2 mkT h 2 1 h 2 mkT 2 9,1 10 31 1, 38 10 6, 3 10 34 23 300 ~ 140 Å Таким образом, геометрическая ширина p+-n+ перехода оказывается сравнима с дебройлевской длиной волны электрона. В этом случае в вырожденном p+-n+ переходе можно ожидать проявления квантовомеханических эффектов, одним из которых является туннелирование через потенциальный барьер. При узком барьере вероятность туннельного просачивания через барьер отлична от нуля. Обращенный диод – это туннельный диод без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Высокая нелинейность вольтамперной характеристики при малых напряжениях вблизи нуля (порядка микровольт) позволяет использовать этот диод для детектирования слабых сигналов в СВЧ-диапазоне. Вольт-амперная характеристика германиевого обращенного диода а) полная ВАХ; б) обратный участок ВАХ при разных температурах

Содержание.1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Определение.
Область применения.
Принцип работы.
Разновидности устройств и их обозначение.
ВАХ.
Коэффициент выпрямления.
Мостовые схемы включения диодов.
Диоды Шотки.

Определение.

Выпрямительный диод - это
полупроводниковый прибор с
одним p-n переходом и с двумя
электродами, который служит
для преобразования
переменного тока в
постоянный.

Область применения.

Выпрямительные диоды применяются в
цепях управления, коммутации, в
ограничительных и развязывающих цепях, в
источниках питания для преобразования
(выпрямления) переменного напряжения в
постоянное, в схемах умножения напряжения и
преобразователях постоянного напряжения,
где не предъявляются высокие требования к
частотным и временным параметрам сигналов.

Принцип работы выпрямительного диода

Принцип работы этого устройства основывается на
особенностях p-n перехода. Анод присоединён к p
слою, катод к n слою. Возле переходов двух
полупроводников расположен слой, в котором отсутствуют
носители заряда. Это запирающий слой. Его
сопротивление велико.
При воздействии на слой определенного внешнего
переменного напряжения, толщина его становится
меньше, а впоследствии и вообще исчезнет.
Возрастающий при этом ток называют прямым. Он
проходит от анода к катоду. Если внешнее переменное
напряжение будет иметь другую полярность, то
запирающий слой будет больше, сопротивление возрастет.

Разновидности устройств и их обозначение.

По конструкции различают приборы двух видов: точечные и плоскостные.
В промышленности наиболее распространены кремниевые (обозначение -
Si) и германиевые (обозначение - Ge). У первых рабочая температура выше.
Преимущество вторых - малое падение напряжения при прямом токе.
Принцип обозначений диодов – это буквенно-цифровой код:
- Первый элемент – обозначение материала из которого он выполнен;
- Второй определяет подкласс;
- Третий обозначает рабочие возможности;
- Четвертый является порядковым номером разработки;
- Пятый – обозначение разбраковки по параметрам.

Параметры выпрямительных диодов.

Частотный диапазон выпрямительных диодов
невелик. При преобразовании промышленного
переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц,
предельная частота выпрямительных диодов не
превышает 20 кГц.
По максимально допустимому среднему прямому
току диоды делятся на три группы: диоды малой
мощности (Iпр.ср. ≤ 0,3 А), диоды средней
мощности (0,3 А < Iпр.ср. < 10 А) и мощные
(силовые) диоды (Iпр.ср. ≥ 10 А). Диоды средней и
большой мощности требуют отвода тепла, поэтому
они имеют конструктивные элементы для установки
на радиатор.

Параметры выпрямительных диодов.

В состав параметров диодов входят
диапазон температур окружающей среды (для
кремниевых диодов обычно от −60 до +125 °С)
и максимальная температура корпуса.
Среди выпрямительных диодов следует особо
выделить диоды Шотки, создаваемые на базе
контакта металл-полупроводник и
отличающиеся более высокой рабочей
частотой (для 1 МГц и более), низким прямым
падением напряжения (менее 0,6 В).

Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперную характеристику (ВАХ)
выпрямительного диода можно
представить графически. Из графика
видно, что ВАХ устройства нелинейная.
В начальном квадранте Вольт-амперной
характеристики ее прямая ветвь
отражает наибольшую проводимость
устройства, когда к нему приложена
прямая разность потенциалов. Обратная
ветвь (третий квадрант) ВАХ отражает
ситуацию низкой проводимости. Это
происходит при обратной разности
потенциалов.
Реальные Вольт-амперные характеристики
подвластны температуре. С
повышением температуры прямая
разность потенциалов уменьшается.

Коэффициент выпрямления

Коэффициент выпрямления можно рассчитать.
Он будет равен отношению прямого тока
прибора к обратному. Такой расчет приемлем
для идеального устройства. Значение
коэффициента выпрямления может достигать
нескольких сотен тысяч.
Чем он больше, тем лучше
выпрямитель делает свою
работу.

Мостовые схемы включения диодов.

Дио́дный мо́ст - электрическая схема,
предназначенная для преобразования
(«выпрямления») переменного
тока в пульсирующий. Такое выпрямление
называется двухполупериодным.
Выделим два варианта включения мостовых
схем:
1. Однофазную
2. Трехфазную.

Однофазная мостовая схема.

На вход схемы подается переменное напряжение (для простоты будем
рассматривать синусоидальное), в каждый из полупериодов ток
проходит через два диода, два других диода закрыты
Выпрямление положительной полуволны
Выпрямление отрицательной полуволны

результате такого преобразования на выходе мостовой схемы
получается пульсирующее напряжение вдвое большее частоты
напряжения на входе.
В
а) исходное напряжение (напряжение на входе), б)
однополупериодное выпрямление, с) двухполупериодное
выпрямление

Трехфазная мостовая схема.

В схеме трехфазного выпрямительного моста в результате
получается напряжение на выходе с меньшими пульсациями, чем
в однофазном выпрямителе.

Диоды Шотки

Диоды Шоттки получают, используя переход металл-полупроводник.
При этом применяют подложки из низкоомного n-кремния (или
карбида кремния) с высокоомным тонким эпитаксиальным слоем того
же полупроводника.
УГО и структура диода Шоттки:
1 –низкоомный исходный кристалл кремния
2 – эпитаксиальный слой высокоомного
‖
‖‖‖
Кремния
‖‖‖
3 – область объемного заряд
4 – металлический контакт

Стабилитроны и стабисторы Стабилитронами и стабисторами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для стабилизации напряжения. Работа стабилитрона основана на использовании явления электрического пробоя p-n-перехода при включении диода в обратном направлении. Работа стабисторов основана на использовании слабой зависимости прямой ветви ВАХ диода то тока, протекающего через него. ВАХ стабилитрона в прямом направлении практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода. Обратная ветвь ее имеет вид линии, проходящей почти параллельно оси токов. Поэтому при изменении в широких пределах тока падение напряжения на приборе практически не изменяется. Это свойство кремниевых диодов позволяет использовать их в качестве стабилизаторов напряжения. УГО стабилитрона.

Основные параметры стабилитрона Основные параметры стабилитрона: номинальное напряжение стабилизации U ст.nom - падение напряжения на диоде при номинальном токе стабилизации I ст.nom ; допустимое отклонение напряжения стабилитрона от номинального значения U ст; минимальный ток стабилизации I ст.min ; максимальный ток стабилизации I ст.max. При превышении начинается тепловой пробой; минимальное напряжение стабилизации U ст.min ; максимальное напряжение стабилизации U ст.max ; дифференциальное сопротивления стабилитрона r д = (U ст.max - U ст.min) / (I ст.max - I ст.min);

Основные параметры стабилитрона температурный коэффициент напряжения стабилизации (TKН) – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды: TKН = U ст / (U ст.nom *T); максимальная мощность рассеивания P max.

Светодиод Светодиодом называется излучательный полупроводниковый прибор, предназначенный для непосредственного преобразования электрической энергии в световую. При подаче на р–n-переход прямого напряжения наблюдается интенсивная инжекция основных носителей заряда и их рекомбинация, при которой носители заряда исчезают. У многих полупроводников рекомбинация носит безизлучательный характер - энергия, выделяющаяся при рекомбинации, отдается кристаллической решетке и превращается в тепло. Однако у полупроводников, выполненных на основе карбида кремния (SiC), галлия (Ga), мышьяка (As) и некоторых других материалов, рекомбинация является излучательной энергия рекомбинации выделяется в виде квантов излучения фотонов.

Параметры светодиодов Основные параметры: прямое постоянное напряжение U пр при максимально допустимом прямом токе I пр.max ; максимально допустимый прямой ток I пр.max ; яркость свечения В диода при максимально допустимом прямом токе I пр.max ; полная мощность излучения P полн при прямом постоянном токе определенной величины; ширина диаграммы направленности светового излучения.

Характеристики светодиодов Основные характеристики светодиода спектральная и характеристика направленности. Спектральная характеристики определяет зависимость относительной яркости излучения от длины излучаемой волны при определенной температуре. Характеристика направленности определяет значение относительной интенсивности светового излучения в зависимости от направленности излучения.

Фотодиод Фотодиод представляет собой фотогальванический приемник излучения без внутреннего усиления, фоточувствительный элемент которого содержит структуру p-n-перехода. При освещении p-n-перехода фотодиода, включенного в обратном направлении, увеличивается дополнительное число электронов и дырок. Возрастает количество неосновных носителей заряда, которые проходят через переход. Это приводит к увеличению тока в цепи. Режим работы фотодиода с внешним источником питания называется фотодиодным, а без внешнего источника – вентильным. В большинстве случаев диод включают в обратном направлении.

Основные характеристики фотодиода Вольт-амперная характеристика I д = f (U) при Ф = const определяет зависимость тока фотодиода от напряжения на нем при постоянной величине светового потока. При полном затемнении (Ф = 0) через фотодиод протекает темновой ток I тм. С ростом светового потока ток фотодиода увеличивается. Световая характеристика изображает зависимость тока фотодиода от величины светового потока при постоянном напряжении на фотодиоде: I д = f(Ф) при U д = const. В широком диапазоне изменений светового потока световая характеристика фотодиода оказывается линейной. Спектральная характеристика показывает зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего на фотодиод света.

Основные параметры фотодиода Основные параметры фотодиодов: интегральная чувствительность К отношение фототока диода к интенсивности падающего светового потока от стандартного источника (вольфрамовая лампа накаливания с цветовой температурой нити 2854 К); рабочее напряжение U p напряжение, прикладываемое к прибору в фотодиодном режиме. темповой ток I гм ток, протекающий в цепи диода при рабочем напряжении и отсутствии освещения. долговечность Т Д минимальный срок службы при нормальных условиях эксплуатации.

Применение фотодиодов Основные применения: устройства ввода и вывода ЭВМ; фотометрия; контроль источников света; измерение интенсивности освещения, прозрачности среды; автоматическое регулирование и контроль температуры и других параметров, изменение которых сопровождается изменением оптических свойств вещества или среды.

Диод Шотки Диод Шоттки это полупроводниковый диод, выполненный на основе контакта металл - полупроводник. Рассмотрим работу контакта металл - полупроводник. Процессы при таком контакте зависят от работы выхода электронов. то есть от той энергии, которую электрон должен затратить, чтобы выйти из металла или полупроводника. Пусть А м

Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > А n. "> А n."> " title="Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > "> title="Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > ">

Диод Шотки Электроны покидают полупроводник и в приграничном слое образуется область, обедненная основными носителями заряда и поэтому имеющая большое сопротивление. Создается потенциальный барьер, высота которого существенно зависит от полярности проложенного напряжения. Этот переход обладает выпрямляющими свойствами. Этот переход исследовал немецкий ученый Вальтер Шотки и он назван в его честь. Диоды на основе этого перехода имеет следующие преимущества в сравнении с диодами на p-n-переходе: высокое быстродействие, поскольку в металле, куда приходят электроны из полупроводника, отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей; малое значение прямого падения напряжения (около 0.2 – 0.4В), что объясняется незначительным сопротивлением контакта металл-полупроводник.

Полупроводниковый диод – это нелинейный электронный прибор с двумя выводами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными.

Выпрямительный диод на основе p-n перехода Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно дырочный переход, вольт-амперная характеристика такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю. Рис. Параметры полупроводникового диода: а) вольт-амперная характеристика; б) конструкция корпуса ВАХ описывается уравнением

Выпрямление в диоде Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p-n перехода является резкая асимметрия вольт-амперной характеристики: высокая проводимость при прямом смещении и низкая при обратном. Это свойство диода используется в выпрямительных диодах. На рисунке приведена схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока в диоде. - Коэффициент выпрямления идеального диода на основе p-n перехода.

Характеристическое сопротивление Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rD и сопротивление по постоянному току RD. Дифференциальное сопротивление определяется как Сопротивление по постоянному току На прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > rD, а на обратном участке – меньше RD rD, а на обратном участке – меньше RD

Стабилитроны Стабилитрон - это полупроводниковый диод, вольт амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф составляет значение: Rдиф 2 50 Ом.

Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом. Напряжение стабилизации Uстаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, – лавинный и туннельный пробой p n перехода. Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации Uстаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: Uстаб 8 В.

Варикапы Варикап полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др. При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n- области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

В полупроводнике n+ типа все состояния в зоне проводимости вплоть до уровня Ферми заняты электронами, а в полупроводнике p+ типа – дырками. Зонная диаграмма p+ n+ перехода, образованного двумя вырожденными полупроводниками: Рассчитаем, чему равна геометрическая ширина вырожденного p n перехода. Будем считать, что при этом сохраняется несимметричность p n перехода (p+ – более сильнолегированная область). Тогда ширина p+ n+ перехода мала: Дебройлевскую длину волны электрона оценим из простых соотношений:

Таким образом, геометрическая ширина p+ n+ перехода оказывается сравнима с дебройлевской длиной волны электрона. В этом случае в вырожденном p+ n+ переходе можно ожидать проявления квантово- механических эффектов, одним из которых является туннелирование через потенциальный барьер. При узком барьере вероятность туннельного просачивания через барьер отлична от нуля. Обращенный диод – это туннельный диод без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Высокая нелинейность вольт- амперной характеристики при малых напряжениях вблизи нуля (порядка микровольт) позволяет использовать этот диод для детектирования слабых сигналов в СВЧ диапазоне. Вольт амперная характеристика германиевого обращенного диода а) полная ВАХ; б) обратный участок ВАХ при разных температурах