Подобные документы

Вольтамперная характеристика диода, его выпрямительные свойства, характеризуемые отношением обратного сопротивления к прямому. Основные параметры стабилитрона. Отличительная особенность туннельного диода. Использование светодиода в качестве индикатора.

лекция, добавлен 04.10.2013


Выпрямительные диоды Шоттки. Время перезарядки барьерной ёмкости перехода и сопротивление базы диода. ВАХ кремниевого диода Шоттки 2Д219 при разных температурах. Импульсные диоды. Номенклатура составных частей дискретных полупроводниковых приборов.

реферат, добавлен 20.06.2011


Принципиальные достоинства оптоэлектронных приборов и устройств. Основная задача и материалы фотоприемников. Механизмы генерации неосновных носителей в области пространственного заряда. Дискретные МПД-фотоприемники (металл - диэлектрик - полупроводник).

реферат, добавлен 06.12.2017


Общие сведения о полупроводниках. Приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводников. Характеристика и параметры выпрямительных диодов. Параметры и предназначение стабилитронов. Вольтамперная характеристика туннельного диода.

реферат, добавлен 24.04.2017


Физические основы полупроводниковой электроники. Поверхностные и контактные явления в полупроводниках. Полупроводниковые диоды и резисторы, фотоэлектрические полупроводниковые приборы. Биполярные и полевые транзисторы. Аналоговые интегральные микросхемы.

учебное пособие, добавлен 06.09.2017


Выпрямительные диоды. Эксплуатационные параметры диода. Эквивалентная схема выпрямительного диода для работы на сверхвысоких частотах. Импульсные диоды. Стабилитроны (опорные диоды). Основные параметры и вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Электропроводность полупроводников, действие полупроводниковых приборов. Рекомбинация электронов и дырок в полупроводнике и их роль в установлении равновесных концентраций. Нелинейные полупроводниковые резисторы. Верхние разрешенные энергетические зоны.

лекция, добавлен 04.10.2013


Вольт-амперная характеристика туннельного диода. Описания варикапа, в котором используется емкость p-n-перехода. Исследование режимов работы фотодиода. Светоизлучающие диоды - преобразователи энергии электрического тока в энергию оптического излучения.

презентация, добавлен 20.07.2013


Определение величины сопротивления ограничительного резистора. Расчет напряжения холостого хода перехода диода. Температурная зависимость удельной проводимости примесного полупроводника. Рассмотрение структуры и принципа работы диодного тиристора.

контрольная работа, добавлен 26.09.2017


Группы полупроводниковых резисторов. Варисторы, нелинейность вольт. Фоторезисторы – полупроводниковые приборы, изменяющие своё сопротивление под действием светового потока. Максимальная спектральная чувствительность. Плоскостные полупроводниковые диоды.

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

стабилитрона
7

Стабилизатор напряжения на основе стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2-КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж

Стабилизатор напряжения на основе
стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж
Степанов Константин Сергеевич

Вольтамперные характеристики
1- КС133А, 2-КС156А, 3-КС182Ж, 4-КС212Ж
9
Степанов Константин Сергеевич

Варикап: обозначение и его вах
Максимальная емкость варикапа
составляет 5-300 пФ
10
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ

В электротехнике:
1) выпрямительные устройства,
2) защитные устройства.
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Работа однополупериодного выпрямителя

Напряжение на выходе выпрямителя


u (t) = u (t) - u (t),
В виде среднего значения –
U = Um/π,


нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Однофазный двухполупериодный выпрямитель
со средней точкой
Степанов Константин Сергеевич

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного выпрямителя

также определяется по второму закону
Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Однофазный мостовой выпрямитель

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

В этой схеме напряжение на выходе
определяется по второму закону Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - 2u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π,
при игнорировании падения напряжения на
диодах в виду их малой величины.
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Частота пульсаций
f1п = 3 fс
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Трехфазная мостовая схема управления

Постоянная составляющая в этой схеме
достаточно велика
m
, тогда Ud 0 =0,955Uл m ,
U 2 U Sin
d0
2
m
где: U2 – действующее значение линейного
напряжения на входе выпрямителя,
m – число фаз выпрямителя.
Uл m - амплитудное значение линейного
напряжения
Амплитуды пульсаций гармоник – малы,
а частота пульсаций их велика
Um1 = 0,055Uл m (частота f1п = 6 fс)
Um2 = 0,013Uл m (частота f2п = 12 fс)
Степанов Константин Сергеевич

СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Емкостные (С – фильтры)
Индуктивные (L – фильтры)
LC - фильтры
Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором
называется полупроводниковый
прибор с двумя p-n-переходами.
Он имеет трехслойную структуру
n-p-n или p-n-p-типа
33
Степанов Константин Сергеевич

Структура и обозначение
биполярного транзистора
34
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Структура биполярного транзистора

Степанов Константин Сергеевич

Режимы работы транзистора
Различают следующие режимы транзистора:
1)режим отсечки токов (режим закрытого
транзистора), когда оба перехода смещены в
обратном направлении (закрыты); 2)режим
насыщения (режим открытого транзистора) ,
когда оба перехода смещены в прямом
направлении, токи в транзисторах максимальны и
не зависят от его параметров: 3)активный режим,
когда эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный - в обратном.
37
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой и её ВАХ
39
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим коллектором (ОК)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с ОЭ(а), её ВАХ и схема с ОК(б)

Степанов Константин Сергеевич

Характеристики и эквивалентные схемы транзисторов

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Осциллограммы на входе и выходе усилителя с ОЭ

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Тиристоры

Многослойные структуры с тремя p-nпереходами называют тиристорами.
Тиристоры с двумя выводами
(двухэлектродные) называются
динисторами,
с тремя (трехэлектродные) -
тринисторами.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Основным свойством является
способность находиться в двух
состояниях устойчивого равновесия:
максимально открытом, и
максимально закрытом.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Включать тиристоры можно
импульсами малой мощности по цепи
управления.
Выключать – сменой полярности
напряжения силовой цепи или
уменьшением анодного тока до
значения ниже тока удержания.
Степанов Константин Сергеевич

Применение тиристоров

По этой причине тиристоры относят к
классу переключающих
полупроводниковых приборов, главным
применением которых является
бесконтактная коммутация
электрических цепей.
Степанов Константин Сергеевич

Структура, обозначение и ВАХ динистора.

Степанов Константин Сергеевич

При прямом включении динистора источник
питания En смещает p-n-переходы П1 и П3 в
прямом направлении, а П2 - в обратном,
динистор находится в закрытом состоянии и
все приложенное к нему напряжение падает
на переходе П2. Ток прибора определяется
током утечки Iут, значение которого
находится в пределах от сотых долей
микроампера до нескольких микроампер
(участок ОА). Дифференциальное
u
сопротивление динистора Rдиф = l на участке
ОА положительно и достаточно велико. Его
значение может достигать нескольких сотен
мегаом. На участке АБ Rдиф <0 Условное
обозначение динистора показано на рис.б.
Степанов Константин Сергеевич

Структура тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Обозначение тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Условия включения тиристора

1. Прямое напряжение на тиристоре
(анод + , катод -).
2. Импульс управления, открывающий
тиристор, должен быть достаточной
мощности.
3. Сопротивление нагрузки должно
быть меньше критического
(Rкр = Uмакс/Iуд).
Степанов Константин Сергеевич

Полевые транзисторы
60
Степанов Константин Сергеевич

Полевые (униполярные) транзисторы

Степанов Константин Сергеевич

Полевой транзистор с изолированным затвором

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

Воздействие причины на следствие,
вызвавшее эту причину, называется
обратной связью.
Обратная связь, усиливающая

положительной (ПОС).
Обратная связь, ослабляющая
воздействие следствия, называется
отрицательной (ООС).
Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ структурная схема ОС

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Коэффициент передачи усилителя в
U вых
направлении стрелки
K
U вх
Коэффициент передачи обратной
связи в направлении стрелки
U ос
U вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

β показывает какая часть выходного
напряжения передаётся на вход.
Обычно
1
U вх U вх U ос U вх U вых
U вых KU вх K (U вх U вых)
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Следовательно
Тогда
K
K
1 K
U вых
K
K KK
U вх
U ос
U вых Z н
K
1
Zн
K
1 K
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Входное сопротивление
Так как в схеме
Тогда
Z вх (1 K) Z вх
U ос (I вых I вх)
U вх U вх (I вых I вх)
Z вх Z вх (1 K I)
Z вых (1 K в)
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Где KI - коэффициент усиления тока. Он
должен быть меньше нуля, т.е. усилитель
должен быть инвертирующий.
K в Zвх * Kв /(Rг Zвх)
При ООС K в <0
Применяется тогда, когда нужно иметь
большое Zвых. Тогда такой усилитель
эквивалентен генератору тока. При
глубокой ООС справедливо
>>Zвых
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по напряжению

Последовательная ОС
напряжению
по
Увеличивает входное и уменьшает
выходное сопротивление
Z вых
Z вых
1 K в
Z вх
Rг Z вх
где Кв – коэффициент передачи
усилителя в режиме холостого хода
Эмиттерный повторитель – яркий
пример Последовательной ООС по
напряжению
Степанов Константин Сергеевич

Параллельная ООС по току

Параллельная
Степанов Константин Сергеевич
ООС по току

Параллельная ООС понапряжению

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические элементы - устройства,
предназначенные для обработки
информации в цифровой форме
(последовательности сигналов высокого -
«1» и низкого - «0» уровней в двоичной
логике, последовательность "0", "1" и "2" в
троичной логике, последовательности "0",
"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"и "9" в
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Физически, логические элементы
могут быть выполнены
механическими,
электромеханическими (на
электромагнитных реле),
электронными (на диодах и
транзисторах), пневматическими,
гидравлическими, оптическими и др.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

После доказательства в 1946 г. теоремы
Джона фон Неймана о экономичности
показательных позиционных систем
счисления стало известно о
преимуществах двоичной и троичной
систем счисления по сравнению с
десятичной системой счисления.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Двоичность и троичность позволяет
значительно сократить количество
операций и элементов, выполняющих
эту обработку, по сравнению с
десятичными логическими элементами.
Логические элементы выполняют
логическую функцию (операцию) с
входными сигналами (операндами,
данными).
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические операции с одним
операндом называются унарными, с
двумя - бинарными, с тремя -
тернарными (триарными,
тринарными) и т. д.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Из возможных унарных операций с
унарным выходом интерес для
реализации представляют операции
отрицания и повторения, причём,
операция отрицания имеет большую
значимость, чем операция повторения, Степанов Константин СергеевичA Мнемоническое правило Для эквивалентности с любым

На выходе будет:

действует четное количество «1»,

действует нечетное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности.

A
Степанов Константин Сергеевич
0
0
1
1
B
0
1
0
1
f(AB)
0
1
1
0

Мнемоническое правило

Для суммы по модулю 2 с любым
количеством входов звучит так:
На выходе будет:
"1" тогда и только тогда, когда на входа
действует нечётное количество «1»,
"0" тогда и только тогда, когда на входа
действует чётное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Благодарю за внимание
Степанов Константин Сергеевич

1 из 16

Презентация на тему: Диод

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

№ слайда 3

Описание слайда:

Туннельный диод. Первая работа, подтверждающая реальность создания туннельных приборов была посвящена туннельному диоду, называемому также диодом Есаки, и опубликована Л.Есаки в 1958 году. Есаки в процессе изучения внутренней полевой эмиссии в вырожденном германиевом p-n переходе обнаружил "аномальную" ВАХ: дифференциальное сопротивление на одном из участков характеристики было отрицательным. Этот эффект он объяснил с помощью концепции квантово-механического туннелирования и при этом получил приемлемое согласие между теоретическими и экспериментальными результатами.

№ слайда 4

Описание слайда:

Туннельный диод. Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p+-n+ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольт-амперной характеристики которого наблюдается n-образная зависимость тока от напряжения. Как известно, в полупроводниках с высокой концентрацией примесей образуются примесные энергетические зоны. В n-полупроводниках такая зона перекрывается с зоной проводимости, а в p-полупроводниках – с валентной зоной. Вследствие этого уровень Ферми в n-полупроводниках с высокой концентрацией примесей лежит выше уровня Ec, а в р-полупроводниках ниже уровня Ev. В результате этого в пределах энергетического интервала DE=Ev-Ec любому энергетическому уровню в зоне проводимости n-полупроводника может соответствовать такой же энергетический уровень за потенциальным барьером, т.е. в валентной зоне p-полупроводника.

№ слайда 5

Описание слайда:

Туннельный диод. Таким образом, частицы в n и p-полупроводниках с энергетическими состояниями в пределах интервала DE разделены узким потенциальным барьером. В валентной зоне p-полупроводника и в зоне проводимости n-полупроводника часть энергетических состояний в интервале DE свободна. Следовательно, через такой узкий потенциальный барьер, по обе стороны которого имеются незанятые энергетические уровни, возможно туннельное движение частиц. При приближении к барьеру частицы испытывают отражение и возвращаются в большинстве случаев обратно, но все же есть вероятность обнаружения частицы за барьером, в результате туннельного перехода отлична от нуля и плотность туннельного тока j t0. 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:

№ слайда 6

Описание слайда:

Туннельный диод. 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!!!

№ слайда 7

Описание слайда:

Туннельный диод. Токи в туннельном диоде. В состоянии равновесия суммарный ток через переход равен нулю. При подаче напряжения на переход электроны могут туннелировать из валентной зоны в зону проводимости или наоборот. Для протекания туннельного тока необходимо выполнение следующих условий: 1)энергетические состояния на той стороне перехода, откуда туннелируют электроны, должны быть заполнены; 2) на другой стороне перехода энергетические состояния с той же энергией должны быть пустыми; 3)высота и ширина потенциального барьера должны быть достаточно малыми, чтобы существовала конечная вероятность туннелирования; 4) должен сохраняться квазиимпульс. Туннельный диод.swf

№ слайда 8

Описание слайда:

Туннельный диод. В качестве параметров используются напряжения и токи, характеризующие особые точки ВАХ. Пиковый ток соответствует максимуму ВАХ в области туннельнго эффекта. Напряжение Uп соответствует току Iп. Ток впадины Iв и Uв характеризуют ВАХ в области минимума тока. Напряжение раствора Upp соответствует значению тока Iп на диффузионной ветви характеристики. Падающий участок зависимости I=f(U) характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением rД= -dU/dI, величину которого с некоторой погрешностью можно определить по формуле

№ слайда 9

Описание слайда:

Обращенные диоды. Рассмотрим случай, когда энергия Ферми в электронном и дырочном полупроводниках совпадает или находится на расстоянии ± kT/q от дна зоны проводимости или вершины валентной зоны. В этом случае вольт-амперные характеристики такого диода при обратном смещении будут точно такие же, как и у туннельного диода, то есть при росте обратного напряжения будет быстрый рост обратного тока. Что касается тока при прямом смещении, то туннельная компонента ВАХ будет полностью отсутствовать в связи с тем, что нет полностью заполненных состояний в зоне проводимости. Поэтому при прямом смещении в таких диодах до напряжений, больше или равных половине ширины запрещенной зоны, ток будет отсутствовать. С точки зрения выпрямительного диода вольт-амперная характеристика такого диода будет инверсной, то есть будет высокая проводимость при обратном смещении и малая при прямом. В связи с этим такого вида туннельные диоды получили название обращенных диодов. Таким образом, 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.

№ слайда 10

Описание слайда:

Переходные процессы. При быстрых изменениях напряжения на полупроводниковом диоде на основе обычного p-n перехода значение тока через диод, соответствующее статической вольт-амперной характеристике, устанавливается не сразу. Процесс установления тока при таких переключениях обычно называют переходным процессом. Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны с накоплением неосновных носителей в базе диода при его прямом включении и их рассасывании в базе при быстром изменении полярности напряжения на диоде. Так как электрическое поле в базе обычного диода отсутствует, то движение неосновных носителей в базе определяется законами диффузии и происходит относительно медленно. В результате кинетика накопления носителей в базе и их рассасывание влияют на динамические свойства диодов в режиме переключения. Рассмотрим изменения тока I при переключении диода с прямого напряжения U на обратное напряжение.

№ слайда 11

Описание слайда:

Переходные процессы. В стационарном случае величина тока в диоде описывается уравнением После завершения переходных процессов величина тока в диоде будет равна J0. Рассмотрим кинетику переходного процесса, то есть изменение тока p-n перехода при переключении с прямого напряжения на обратное. При прямом смещении диода на основе несимметричного p-n перехода происходит инжекция неравновесных дырок в базу диода. Изменение во времени и пространстве неравновесных инжектированных дырок в базе описывается. уравнением непрерывности:

№ слайда 12

Описание слайда:

Переходные процессы. В момент времени t = 0 распределение инжектированных носителей в базе определяется из диффузионного уравнения и имеет вид: Из общих положений ясно, что в момент переключения напряжения в диоде с прямого на обратное величина обратного тока будет существенно больше, чем тепловой ток диода. Это произойдет потому, что обратный ток диода обусловлен дрейфовой компонентой тока, а ее величина в свою очередь определяется концентрацией неосновных носителей. Эта концентрация значительно увеличена в базе диода за счет инжекции дырок из эмиттера и описывается в начальный момент этим же уравнением.

№ слайда 13

Описание слайда:

Переходные процессы. С течением времени концентрация неравновесных носителей будет убывать, следовательно, будет убывать и обратный ток. За время t2, называемое временем восстановления обратного сопротивления, или временем рассасывания, обратный ток придет к значению, равному тепловому току. Для описания кинетики этого процесса запишем граничные и начальные условия для уравнения непрерывности в следующем виде. В момент времени t = 0 справедливо уравнение распределения инжектированных носителей в базе. При установлении стационарного состояния в момент времени стационарное распределение неравновесных носителей в базе описывается соотношением:

№ слайда 14

Описание слайда:

Переходные процессы. Обратный ток обусловлен только диффузией дырок к границе области пространственного заряда p-n перехода: Процедура нахождения кинетики обратного тока следующая. Учитывая граничные условия, решается уравнение непрерывности и находится зависимость концентрации неравновесных носителей в базе p(x,t) от времени и координаты. На рисунке приведены координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени. Координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени

№ слайда 15

Описание слайда:

Переходные процессы. Подставляя динамическую концентрацию p(x,t), находим кинетическую зависимость обратного тока J(t). Зависимость обратного тока J(t) имеет следующий вид: Здесь – дополнительная функция распределения ошибок, равная Первое разложение дополнительной функции ошибок имеет вид: Разложим функцию в ряд в случаях малых и больших времен: t > p. Получаем: Из этого соотношения следует, что в момент t = 0 величина обратного тока будет бесконечно большой. Физическим ограничением для этого тока будет служить максимальный ток, который может протекать через омическое сопротивление базы диода rБ при обратном напряжении U. Величина этого тока, называемого током среза Jср, равна: Jср = U/rБ. Время, в течение которого обратный ток постоянен, называют временем среза.

№ слайда 16

Описание слайда:

Переходные процессы. Для импульсных диодов время среза τср и время восстановления τв обратного сопротивления диода являются важными параметрами. Для уменьшения их значения существуют несколько способов. Во-первых, можно уменьшать время жизни неравновесных носителей в базе диода за счет введения глубоких рекомбинационных центров в квазинейтральном объеме базы. Во-вторых, можно делать базу диода тонкой для того, чтобы неравновесные носители рекомбинировали на тыльной стороне базы.perpr_pn.swf Зависимость обратного тока от времени при переключении диода

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