|
|
|
Разновидности полупроводниковых диодов
Разновидностей полупроводниковых диодов тьма. Делятся они по классам, признакам, по назначению и пр. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции. В зависимости от структуры различают точечные и плоскостные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n-перехода, такие же, как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщины перехода.
Точечные диоды имеют малую емкость перехода (обычно менее 1 пФ) и поэтому применяются на любых частотах, вплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более едениц или десятков миллиампер. Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и, соответственно, их применяют на частотах не выше десятков килогерц, а допустимый ток бывает до сотен ампер. На рисунке представлена конструкция точечных и плоскостных диодов.
Рис. 1 Принцип устройства точечного диода
Рис. 2 Принцип устройства плоскостных германиевых диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузионным методом(б)
Рассмотрим теперь диоды различного назначения.
Выпрямительные диоды. Как видно из названия их основное предназначение - выпрямление переменного тока (напряжения). Процесс этот весьма важен в радиоэлектронике, поскольку питание практически всех устройств осуществляется постоянным напряжением, а, упрощенно говоря, в розетке напряжение переменное. Для тех, кто в танке, постоянное напряжение (постоянный ток) - это напряжение (ток), полярность которого не изменяется во времени. Для переменного напряжения характерно изменение полярности с плюса на минус во времени по определенному закону. По определенному закону - это значит по закону синуса или косинуса (геометрию надо было учить), т. е. в определенные моменты времени полярность напряжения, например, положительная, в следующий момент - отрицательная. И так до бесконечности (представили график синуса). Вообще, в электронике (в частности в радиотехнике) изменение чего то там по закону синуса (косинуса) описывается всякими формулами, типа u=Umsinωt да еще и плюс начальная фаза. Чем дальше, тем хуже, поэтому, чтобы вся эта фигня не засерала мозги рассмотрим выпрямление переменного тока упрощенно. Хуже не будет!
Напряжение в розетке изменяется по синусоидальному закону, т. е. явно является переменным. Наглядно это показано на рисунке (начальная фаза равна нулю). Это можно поглядеть на экране осциллографа (ахтунг, в розетке 220В).
Рис. 3 Обобщенный вид переменного напряжения
Допустим, вот это вот воздействует на диод. Поскольку диод обладает однонаправленными свойствами (его еще называют вентиль), т. е. пропускает ток только в одном направлении (кто не помнит, почему читать здесь, а потом здесь), соответственно, положительные полуволны (которые наверху) входного напряжения будут проходить через диод, отрицательные - нет. В данном случае при отрицательной полуволне диод оказывается включенным при обратном напряжении. Весь процесс выглядит примерно так:
Рис. 4 Процесс выпрямления напряжения
На второй части грфика небольшое отрицательное напряжение есть не что иное, как воздействие обратного тока, но этим можно пренебречь. Таким образом, на нагрузке выделяются только положительные полуволны входного переменного напряжения. Соответственно, задача выпрямителя состоит в преобразовании переменного напряжения в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное и именно пульсирующее. До постоянки еще далеко. Самая простая схема выглядит так:
Рис. 5 Простейшая схема выпрямителя
Для того, чтобы на нагрузке не было таких жутких пульсаций, параллельно резику ставят кондер большой (даже огромной) емкости. Потом стабилизатор и так далее. Об этом потом.
Вот мы и рассмотрели кратенько принцип выпрямления тока полупроводниковым диодом, для чего их, собственно, и придумали. Широко распространены низкочастотные выпрямительные диоды, предназначенные для работы на частотах до нескольких килогерц. НЧ диоды являются плоскостными, изготавливаются из германия или кремния и делятся на диоды малой, средней и большой мощности.
Для выпрямления высоких напряжений, например, несколько киловольт, выпускают кремниевые столбы в прямоугольных пластмассовых корпусах, залитых изолирующей смолой. Эти диоды рсчитаны на обратное напряжение в несколько киловольт и ток в несколько миллиампер. Вообще же, главной характеристикой выпрямительных диодов является допустимое обратное напряжение, поскольку, как было указано выше, отрицательные полуволны переменного напряжения являются для диода обратным напряжением, поэтому, если неправильно подобрать диод по обратному напряжению, может возникныть пробой и диод выйдет из строя, т. е. накроется.
Выпрямительные точечные диоды широко применяются на высоких частотах, иногда на СВЧ, хотя успешно работают на низких частотах. Эти диоды работают во многих устройствах, поэтому их называют еще универсальными. Естественно, для таких диодов характерен небольшой прямой ток, в отличие от плоскостных (всего до сотен миллиампер).
Импульсные диоды. При работе диода в импульсном режиме для него характерны некоторые особенности. Ну, например, диод включен в цепь импульсного напряжения с длительностью импульсов в несколько микросекунд. Положительные импульсы проходят через диод, при этом прямым сопротивлением диода мы пренебрегаем. Когда полярность напряжения на диоде меняется на противоположную, диод закрывается не сразу, а в течении некоторого времени, за которое через переход протекает обратный ток, значительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме. Основной причиной возникновения обратного тока является разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в p- и n-областях. Поскольку концентрации примесей в этих областях весьма различны, то практически импульс обратного тока создается рассасыванием заряда, накопленного в базе, т. е. в области с относительно малой проводимостью.
Диффузионный поток через переход вызывает накопление электронов в базовой области, т. к. они не могут сразу рекомбинировать с дырками или дойти до вывода области базы. При перемене полярности напряжения накопленный в базе заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока. Чем больше был прямой ток, тем больше импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через эмиттерную область к металлическому выводу от этой области. Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося, весьма малого значения. Другими словами, обратное напряжение сначала становится сравнительно небольшим, затем постепенно увеличивается до своего нормального значения.
Время от момента возникновения обратного тока до момента, когда он принимает установившееся значение, называют временем восстановления обратного сопротивления τвос. Это важнейший параметр импульсных диодов. Чем это время меньше, тем быстрее закрывается диод, и тем, соответственно, лучше.
Стабилитроны. При рассмотрении вольт-амперной характеристики полупроводникового диода видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. Стабилитроны изготавливаются исключительно из кремния, их также еще называют опорными диодами, т. к. в ряде случаев получаемое от них стабильное напряжение используется в качестве опорного. На рисунке показана ВАХ стабилитрона.
Рис. 6 Вольт-амперная характеристика стабилитрона
Из рисунка видно, что при обратном токе напряжение стабилизации меняется незначительно. Стабилитрон работает при обратном напряжении. Принцип работы поясняет простейшая схема включения стабилитрона. Эта схема называется параметрическим стабилизатором напряжения и несмотря на свою простоту используется довольно широко. Такая схема позволяет получить ток в нагрузке в несколько миллиампер.
Рис. 7 Схема включения стабилитрона
Нагрузка включена параллельно стабилитрону, поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменение входного напряжения будет поглощаться резистором Rогр, которое еще называют балластным. Сопротивление этого резика должно быть определенного значения и его обычно рассчитывают для средней точки Т (см. рис. 6).
Если входное напряжение будет изменяться, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, следовательно и на нагрузке, будет оставаться постоянным.
Следует отметить, что если имеют место пульсации входного напряжения, то стабилитрон неплохо сглаживает их. Это объясняется тем, что стабилитрон обладает малым сопротивлением переменному току. Это сопротивление обычно во много раз меньше сопротивления Rогр, поэтому основная часть пульсаций поглощается в этом резике, а на стабилитроне и в нагрузке выделяется лишь незначительная часть их.
Стабисторы.Это полупроводниковые диоды, аналоги стабилитронов, но в отличие от последних у стабисторов используется не обратное напряжение, а прямое. Значение этого напряжение мало зависит от тока в некоторых пределах. Напряжение стабилизации стабисторов обычно не более 2 вольт, чаще всего 0,7 В при токе до нескольких десятков мА. Особенность стабисторов - отрицательный температурный коэффициент напряжения, т. е. напряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. Поэтому стабисторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, соединяя их с обычными стабилитронами, имеющими положительный ТКН.
Варикапы. Эти плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работают при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость. Другими словами, варикап - это кондер переменной емкости, управляемый не механически, а электрически.
Варикапы применяются главным образом для настройки колебательныъх контуров, а также в некоторых спешиал схемах, например, в так называемых параметрических усилителях. Вот простейшая схемка включения варикапа в колебательный контур:
Рис. 8 Схема включения варикапа в колебательный контур в качестве кондера переменной емкости
Изменяя с помощью потенциометра R обратное напряжение на варикапе, можно менять резонансную частоту контура. Добавочный резистор R1 с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра R. Кондер Cр является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напряжения замкнут накоротко катушкой L.
В качестве варикапов можно использовать стабилитроны с напряжением ниже напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, а обратное сопроивление очень велико.
Мы рассмотрели основные типы полупроводниковых диодов. Существуют еще и туннельные диоды, диоды Ганна, фотодиоды и пр. О них будет рассказано в главе о специальных полупроводниковых приборах.
|
|
При полном, либо частичном использовании материалов сайта naf-st.narod.ru в любых целях гиперссылка
обязательна!!!
|
© & ® 2003-2005 naf-st
Ахтунг!!!
Сайт перехал сюда:
http://naf-st.ruЧерез пару секунд вы окажетесь на новом сайте. Если этого не произойдет, нажмите ссылку чуть выше... |
|
Ахтунг!!!
Сайт перехал сюда:
http://naf-st.ruЧерез пару секунд вы окажетесь на новом сайте. Если этого не произойдет, нажмите ссылку чуть выше... |
|
|
