напівпровідниковий діод

Існує три види діодів:

- напівпровідникові діоди, про які і йтиметься далі.

У чистому напівпровіднику відсутні вільні електрони, тому його електропровідність, як і у діелектрика вкрай мала. Якщо додати в напівпровідник домішки, то провідність збільшиться. Для того щоб помітити зміну електропровідності, досить в чистий напівпровідник додати дуже мала кількість домішки - 1 атом домішки на 10 6 атомів напівпровідника. Електрична провідність будь-якої речовини залежить від наявності в атомі вільних, слабо зв'язаних електронів на зовнішній орбіті.

Якщо електрон звільнився від сусіднього атома, то на місці обірваного електрона з'явилася нова дірка. Електрони рухаються від негативного до позитивного потенціалу, а дірки можна розглядати як такі, що рухаються в зворотному напрямку. Також дірки можна розглядати як елемент позитивного заряду. Домішки, які утворюють вільні електрони в напівпровіднику, називаються донорними, а які роблять дірки - акцепторними. Процес заповнення неповних валентних зв'язків називається рекомбінація.

Малюнок 1 - Провідність напівпровідникового діода

p - n перехід - це перехідний шар, отриманий на кордоні напівпровідників різної провідності.

Розрізняють два типи переходу:

Принцип роботи напівпровідникового діода заснований на особливості p - n переходу - яскраво виражена провідність, яка залежить від полярності прикладеної напруги (рисунок 1).

На підставі поданих характеристик матеріалів створений напівпровідниковий прилад - діод.

Малюнок 2 - Позначення діода

Позначення діода в електричних схемах - VD.

Основні електричні параметри діода:

1. Іном - максимальне значення чинного струму через діод, яке його не перегріватися.

2. Максимальний імпульсний струм - Іі.max.

3. Зворотне максимальна напруга U обр.

Всі напівпровідникові прилади дуже чутливі до домішок в повітрі, тому їх розміщують в герметичному корпусі зі скла або кераміки.

Робота діода при прямому доданому напрузі має такий вигляд (струм - чорна крива, напруга - червона):

Малюнок 3 - Струм і напруга на діоді

З малюнка видно, що при позитивному напрузі діод VD відкривається і напруга має мале значення, при негативній напрузі діод закриває миттєво, перестаючи пропускати через себе струм.

Широко застосовуються при необхідності перетворення змінної напруги в постійне. Випрямлена напруга буде мати пульсуючий вид, як зображено на малюнку 3 - однонапівперіодне випрямлення, якщо ж застосовувати діодний міст. то буде здійснено двохнапівперіодне випрямлення. В отриманому пульсуючому напрузі для електричних приладів буде важливо діюче значення напруги. Для трифазних мереж застосовують випрямляч Ларіонова.

Стабілітрон - різновид діода, якому характерна вертикально спадає ВАХ, на якій стабілітрон призначений тривало працювати.

Малюнок 4 - Вольт-амперна характеристика (ВАХ) стабілітрона

Призначається для роботи в джерелах живлення для стабілізації напруги.

Основні характеристики: U стабілізації. І min. Imax - граничні значення струму через стабілітрон.

Тунельний діод - це діод, якому характерна наявність в прямій гілці вольт-амперної характеристики ділянку зі зворотним опором. При збільшенні прямої напруги монотонно збільшується вихідне значення струму. Напруга пробою такого напівпровідника практично дорівнює нулю.

Малюнок 5 - ВАХ тунельного діода

Використовуються в схемах перемикання і генераторах електричних коливань.

Динистор - спеціальний діод, який зберігає високий опір до певного значення прямого напруги, після чого опір різко спадає і дорівнює величині опору відкритого діода.

Малюнок 6 - Вольт-амперна характеристика динистора

Використовують в схемах автоматики і генераторах змінно-лінійної напруги.

Варикап - діод, у якого змінюється ємність в залежності від значення прикладеної зворотної напруги.

Малюнок 7 - ВАХ варикапа

Застосовуються в електричних схемах, де необхідно встановити частоти контуру коливання, розподіл або множення частоти.

Характерні для варикапа параметри:

- загальна ємність - виміряна ємність при певному зворотній напрузі;

- коефіцієнт перекриття по ємності - при двох деяких значеннях напруги відносини ємностей варикапа.

- температурний коефіцієнт ємності - відносна зміна ємності, викликане зміною температури.

- гранична частота - та, на якій реактивна складова варикапа стає дорівнює активною.

Фотодіод - спец діод, зворотна провідність якого змінюється від величини світлового потоку Ф.

Малюнок 8 - ВАХ фотодіода

Використовуються в измерителях світлового потоку і приладах автоматики.

Світлодіод випромінює світло при проходженні через нього в прямому напрямку електричного струму, колір світіння визначається хімічним складом кристала.

Відмінною особливістю світлодіода є економічність - дуже мале споживання струму (2-5мА).