Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разновидности диодов и их применение

Разновидности диодов и их применение

Диод это – полупроводниковый прибор, который пропускает электрический ток только в одном направлении. Это очень краткое описание свойства диода и его работы и самое точное. Теперь давай разберемся подробнее, тем более, что с диода ты начинаешь свое знакомство с огромным семейством полупроводников. Что такое полупроводник? Из самого названия полупроводник, понятно, это проводящий на половину. В конкретном случае диод пропускает электрический ток только в одну сторону и не пропускает его в обратном направлении. Работает как система ниппель или золотник в камере автомобиля или велосипеда. Воздух, нагнетаемый насосом через золотник или ниппель поступает в камеру автомобиля и не выходит обратно за счет запирания его золотником. На рисунке изображен диод так как его обозначают на электрических схемах.

В соответствии с рисунком, треугольник (анод) показывает в какую сторону проходит электрический ток от плюса к минусу диод будет «открыт», соответственно со стороны вертикальной полосы (катода) диод будет «заперт».

Это свойство диода используется для преобразования переменного тока в постоянный для этого из диодов собирается диодный мост.

Диодный мост

Как работает диодный мост. На следующем рисунке изображена принципиальная схема диодного моста. Обрати внимание, что на вход диодного моста подается переменный ток, на выходе уже получаем постоянный ток. Теперь давай разберемся как происходит преобразование переменного тока в постоянный.

Если ты читал мою статью “Что такое переменный ток” ты должен помнить, что переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. Проще говоря, на входных клеммах диодного моста, плюс с минусом будут меняться местами с частотой сети (в России эта частота составляет 50 Герц), значит (+) и (–) меняются местами 50 раз в секунду. Допустим в первом цикле на клемме “А” будет положительный потенциал (+) на клемме “Б”отрицательный (–) . Плюс от клеммы “А” может пройти только в одном направлении по красной стрелке, через диод “Д1” на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д3” на минус клеммы “Б”. В следующем цикле когда плюс и минус поменяются местами, все произойдет с точностью до наоборот. Плюс с клеммы “Б” через диод “Д2” пройдет на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д4” на минус клеммы “А”. Таким образом получаем на входе выпрямителя постоянный электрический ток который движется только в одном направлении от плюса к минусу (как в обычной батарейке). Этот способ преобразования переменного тока в постоянный используется во всех электронных устройствах которые питаются от электрической сети 220Вольт. Кроме диодных мостов собранных из отдельных диодов применяют электронные компоненты в которых для удобства монтажа выпрямительные диоды заключены в один компактный корпус. Такое устройство называют “диодная сборка”.

Диоды бывают не только выпрямительные. Есть диоды проводимость которых зависит от освещенности их называют “фотодиоды” обозначаются они так –

Выглядеть могут так —

Светодиоды, тебе хорошо известны, они встречаются и в елочной гирлянде и в мощных прожекторах и фарах автомобилей. Н схеме они обозначаются так –

Выглядят светодиоды так —

Как проверить диод

Проверить диод можно обычным мультиметром – как пользоваться мультиметром в этой статье , для проверки переключаем тестер в режим прозвонки . Подключаем щупы прибора к электродам диода, черный щуп к катоду

(на корпусах современных диодах катод обозначен кольцевой меткой), красный щуп подключаем к аноду (как ты уже знаешь диод пропускают напряжение только в одну сторону) сопротивление диода будет маленьким т.е. цифры на приборе будут иметь значение большое значение.

Переключаем щупы прибора наоборот —

сопротивление будет очень большим практически бесконечным. Если у тебя все получится так как я написал, диод исправен, если в обоих случаях сопротивление очень большое значит “диод в обрыве” неисправен и не пропускает напряжение вообще, если сопротивление очень маленькое значит диод пробит и пропускает напряжение в обоих направлениях.

Как проверить диодный мост

Если диодный мост собран из отдельных диодов, каждый диод проверяют отдельно, как было описано выше. Выпаивать каждый диод из схемы не обязательно, но лучше отключить плюсовой или минусовой вывод выпрямителя от схемы.

Если нужно проверить диодную сборку, где диоды находятся в одно корпусе и добраться до них невозможно, поступаем следующим образом,

Читайте так же:
Пильные цепи для электропилы макита

Подключаем один щуп мультимерта к плюсу диодной сборки, а вторым поочередно касаемся к выводам сборки куда подается переменный ток. В одном направлении прибор должен показать малое сопротивление при смене щупов в обратном направлении очень большое сопротивление. После чего также проверяем выпрямитель относительно минусового выхода. Если при измерении показания в обоих направления будут малыми или большими диодная сборка неисправна. Этот способ проверки применяют, когда проводится ремонт электроники.

Высокочастотные диоды, импульсные, туннельные, варикапы все эти диоды широко применяются в бытовой и специальной аппаратуре. Для того, чтобы понять и разобраться, как правильно применять и где какие использовать диоды, необходимо совершенствовать свои знания изучать специальную литературу и конечно не стесняться задавать вопросы.

Обозначения диодов и принцип работы, ВАХ

Выпрямительные диоды — это полупроводниковые приборы, которые имеют один p-n переход и два металлических вывода. Вся система заключена в пластмассовом, металлическом, стеклянном или металлокерамическом корпусе. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Обозначение и расшифровка диодов

Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно “ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые”. В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:

обозначение диода по ГОСТ 2.730-73

Существуют различные варианты обозначения диодов.

Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:

  • 1) первая буква или цифра указывает на материал:
    • 1 (Г) — германий Ge
    • 2 (К) — кремний Si
    • 3 (А) — галлий Ga
    • 4 (И) — индий In

    Например, для выпрямительных диодов (Д):

    101. 199 — диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.

    201. 299 — диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.

    Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.

    диоды Д243Б

    До 1982 года была другая классификация:

    • первая Д — характеризовала весь класс диодов
    • далее шел цифровой код:
      • от 1 до 100 — для точечных германиевых диодов
      • от 101 до 200 — для точечных кремниевых диодов
      • от 201 до 300 — для плоскостных кремниевых диодов
      • от 301 до 400 — для плоскостных германиевых диодов
      • от 401 до 500 — для смесительных СВЧ детекторов
      • от 501 до 600 — для умножительных диодов
      • от 601 до 700 — для видеодетекторов
      • от 701 до 749 — для параметрических германиевых диодов
      • от 750 до 800 — для параметрических кремниевых диодов
      • от 801 до 900 — для стабилитронов
      • от 901 до 950 — для варикапов
      • от 951 до 1000 — для туннельных диодов
      • от 1001 до 1100 — для выпрямительных столбов

      Система JEDEC (США)

      • первая цифра — число p-n переходов (1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
      • далее N (типа номер) и серийный номер
      • после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода

      Система Pro Electron (Европа)

      По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:

      • 1) первая буква:
        • A — германий Ge
        • B — кремний Si
        • C — галлий Ga
        • R — другие полупроводники

        Система JIS (Япония)

        Применяется в странах Азии и тихоокеанского региона.

        • первая цифра — число переходов (0 — фототранзистор, фотодиод; 1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
        • затем буква S (semiconductors) — полупроводниковые
        • затем буква, отвечающая за тип прибора:
          • A — ВЧ транзисторы p-n-p
          • B — НЧ транзисторы p-n-p
          • С — ВЧ транзисторы n-p-n
          • D — НЧ транзисторы n-p-n
          • E — диоды
          • F — тиристоры
          • G — диоды Ганна
          • H — однопереходные транзисторы
          • J — полевые транзисторы с p-каналом
          • K — полевые транзисторы с n-каналом
          • M — симметричные тиристоры
          • Q — светоизлучающие диоды
          • R — выпрямительные диоды
          • S — малосигнальные диоды
          • T — лавинные диоды
          • V — варикапы, p-i-n диоды, диоды с накоплением заряда
          • Z — стабилитроны, стабисторы, ограничители

          В нашем случае будет буква R.

          Существуют и специальные обозначения от фирм-изготовителей, которые отличаются от приведенных выше.

          Принцип действия выпрямительного диода

          Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

          разница проводников, диэлектриков и полупроводников

          Как ведет себя диод при прямом и обратном включении

          Прямое направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

          Обратное направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

          Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

          включение диода на переменном токе в EWB

          При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

          • анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
          • катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка

          Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.

          Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.

          направление включения диода и загорание лампочки

          ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)

          Вольт-амперные характеристики диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.

          вольтамперные характеристики выпрямительных диодов

          При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.

          Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si — преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.

          2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика политика конфиденциальности связаться с автором сайта

          ДИОДЫ

          Диоды – это двухэлектродныеэлементы, обладающие односторонней проводимостью тока. Вполупроводниковых диодах односторонняя проводимость обуславливается применениемполупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которыхобладает дырочной (p), а другой – электронной (n) электропроводностью.

          Полупроводниковый диод представляет собой приборс двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.

          Как возникаетвыпрямляющий запирающий слой ?Образование слоя начинается с того, что в p -половине больше дырок, а в n- половинебольше электронов. Разность плотности носителей зарядов начинаетсяуравновешиваться через переход: дырки проникают в n -половину, электроны в p- половину.

          С помощью внешнего источника тока можно повыситьили понизить внешний потенциальный барьер. Если к диоду приложить прямое напряжение , т.е положительныйполюс соединить с p -половиной, то внешняя электрическая сила начнётдействовать против двойного слоя, и диод пропускает ток, который быстро растётс увеличением напряжения. Если же изменить полярность проводников, тонапряжение падает почти до нулевой отметки. Если диод подключить в цепьпеременного напряжения, то он будет служить как выпрямитель, т.е на выходебудет постоянное пульсирующее напряжение, по направлению в одну сторону.

          – Выпрямительные -диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основнойхарактеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношениюпрямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициентвыпрямления, тем меньше потери выпрямителя.

          – Высокочастотные – эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой исверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектированиясверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качествевысокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочногоперехода в которых составляет доли пикофарад.

          – Варикапы – диоды, работакоторых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода взависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются вкачестве конденсаторов с управляемой емкостью.

          – Стабилитроны – диоды,используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие удиода критического обратного напряжения, при котором наступает электрическийпробой.

          – Туннельные – диоды, где при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффектp-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательнымсопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиленияэлектрических колебаний.

          Диоды различают последующим признакам. Поконструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды. Помощности: маломощные; средней мощности; мощные. Почастоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ. Пофункциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды.

          а)выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны;в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды;з) выпрямительные блоки.

          принципдействия диода основан на том, что в полупроводнике n-типаосновными носителями свободного заряда являются электроны, и их концентрация превышает концентрацию дырок (n n >> n p ).В полупроводнике p-типа основными носитялеми являются дырки (n p >> n n ). При контакте двух полупроводников n- и p-типовначинается диффузия: дырки из p-области переходят в n-область, аэлектроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизизоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженныйслой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательнозаряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойнойэлектрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузииэлектронов и дырок навстречу друг другу. Пограничная область разделаполупроводников с разными типами проводимости, достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний.Объемные заряды этого слоя создают между p- и n-областями запирающее напряжениеUз, приблизительно равное 0,3 В для германиевых n–p-переходов и 0,65 В длякремниевых.

          Основой плоскостных и точечныхдиодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называетсябазой транзистора. База припаивается к металлической пластинке, которая называетсякристаллодержателем.

          Вольтамперная характеристикареального диода проходит ниже, чем у идеального p-n перехода, так как сказываетсявлияние сопротивления базы. После точки А вольтамперная характеристика будетпредставлять собой прямую линию, так как при напряжении Uа потенциальный барьерполностью компенсируется внешним полем. Кривая обратного тока ВАХ имеет наклон,так как за счёт возрастания обратного напряжения увеличивается генерациясобственных носителей заряда.

          Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода.

          Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

          Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

          По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

          Полупроводниковые диоды

          Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

          Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

          Диод в виде кристалла полупроводника

          На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

          Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

          Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

          На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

          1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
          2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

          Прямое включение диода. Прямой ток.

          Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

          Прямое включение диода

          При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

          Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

          Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

          Обратное включение диода. Обратный ток.

          Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

          Обратное включение диода

          В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

          Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

          Прямое и обратное напряжение диода.

          Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

          При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

          Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

          Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

          Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

          Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

          На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
          По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

          Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

          Вольт-амперная характеристика диода

          Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
          Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

          При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

          Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

          Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

          У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
          для германиевых — 1В;
          для кремниевых — 1,5В.

          При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
          Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

          Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
          Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

          При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

          Пробои p-n перехода.

          Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

          Пробои p-n переходов диода

          Электрический пробой.

          Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

          Туннельный пробой.

          Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

          В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

          Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

          Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

          Лавинный пробой.

          Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

          Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

          Тепловой пробой.

          Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

          При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

          На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
          Удачи!

          1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
          2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

          голоса
          Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector