Вах обращенного диода: Обращённый диод, Вольт-амперная характеристика, применение кратко Электроника,…

Содержание

Обращённый диод, Вольт-амперная характеристика, применение кратко Электроника,…

Привет, сегодня поговорим про обращённый диод, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое обращённый диод, обращенный диод, обращенные диоды , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

обращенный диод — полупроводниковый диод, на свойства которого значительно влияет туннельный эффект в области p-n перехода. В отличие от туннельного диода вольт-амперная характеристика обращенного диода практически не имеет «горба», что обусловлено немного меньшей, чем у туннельного диода, концентрацией примесей в полупроводнике. Из-за неполного легирования обладает значительной температурной зависимостью.

Обращенным называют диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.

Примеры обращенных диодов


Вольт-амперная характеристика обращенного диода (сплошная линяя), и туннельного диода(пунктирная)

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода аналогична прямой ветви ВАХ типичного выпрямительного диода с p-n-переходом, а в отличие от туннельного диода, практически не имеет «горба», что обусловлено немного меньшей, чем у туннельного диода, концентрацией примесей в полупроводнике .

По сути, обращенные диоды — это вырожденные туннельные диоды . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Обратные токи у них велики уже при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт) и значительно превосходят прямые токи в при таком же прямом напряжении.

Из-за неполного легирования обладает значительной температурной зависимостью параметров .

Так как полупроводниковый материал относительно сильно легирован, эти диоды малочувствительны к ионизирующему излучению

Обозначение на схемах. Откатода к аноду — прямое (проводящее) направление тока. От анода к катоду — обратное (запирающее) направление тока.

Обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление у них соответствует обратному включению, а запирающее – прямому включению.

Обращенные диоды:

1. Способны работать при очень малых сигналах.

2.Обращенные диоды обладают хорошими частотными свойствами, так как туннелирование – процесс малоинерционный, а эффект накопления основных носителей при малых прямых напряжениях практически отсутствует.

Применение

Схема энергетических зон в р-n-переходе обращенного диода при разном напряжении на нем.

Благодаря малой емкости и отсутствию накопления неосновных носителей обращенные диоды применяется в СВЧ-схемах детектирования (выпрямления малых сигналов). При этом максимальное рабочее обратное напряжение не превышает 0,7 В.

Также применяются в смесителях СВЧ-сигналов, например, в приемном тракте радиолокационных станций .

Так как при малых прямых смещениях дифференциальное сопротивление диода очень велико, а даже при небольших обратных напряжениях оно мало, эти приборы применяются в коммутаторах и переключателях малых СВЧ-сигналов.

Обращенный диод применяется в высокочастотных схемах детектирования слабых сигналов, а также в смесителях СВЧ сигналов. При этом максимальное рабочее обратное напряжениеможет лежать в пределах от 0,1 до 0,7 В.

Примечания

  1. Ю. Р. Носов. Полупроводниковый диод. БСЭ
  2. Физика туннельного диода. www.physicref.ru
  3. И. К. Насыров, Л. М. Урманчеев, М. И. Нургалиев, Н. Б. Куншина. «Исследование полупроводниковых двухполюсников» /Казан. гос. техн. унт

См. также

Напиши свое отношение про обращённый диод. Это меня вдохновит писать для тебя всё больше и больше интересного. Спасибо Надеюсь, что теперь ты понял что такое обращённый диод, обращенный диод, обращенные диоды и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но емко про обращённый диод

Туннельный диод. Обращенный диод. — КиберПедия

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.

Обозначение на схемах ВАХ туннельного диода

Обращённый диод — полупроводниковый диод, на свойства которого значительно влияет туннельный эффект в области p-n перехода.[1] В отличие от туннельного диода вольт-амперная характеристика обращённого диода практически не имеет «горба», что обусловлено немного меньшей, чем у туннельного диода, концентрацией примесей в полупроводнике.[2] Из-за неполного легирования обладает значительной температурной зависимостью

Обозначение на схемах. ВАХ обращенного диода

Основные характеристики полевых транзисторов.

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия «перпендикулярного» току электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.

 

Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных). По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом, или переходом металл — полупроводник (барьер Шоттки), вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).

Изготовление транзисторов и диодов в полупроводниковых ИС.

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия. Другие материалы для транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Технология изготовления диода может быть основана на любом из описанных выше методов получения р-гс-переходов на кремнии и германии. Однако прибор, обладающий наилучшими усилительными качествами, получается диффузионным способом, с помощью меза-технологии

Билет

Варикапы, туннельные и обращенные диоды — Студопедия

Варикапами называются полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения.

Варикапы применяют в устройствах управления частотой колебательного контура, в параметрических схемах усиления, деления

и умножения частоты, в схемах частотной модуляции, управляемых фазовращателях и др.

Вольт-фарадная характеристика варикапа:

Схема замещения:

Варикапы в основном используются

на высоких и сверхвысоких частотах, поэтому важную роль играет сопротивление потерь rб. Для его уменьшения необходимо выбирать материал с малым удельным сопротивлением. Используются кремний, германий.

Принцип работы туннельного диода (TД) основан на явлении туннельного эффекта в p-n-переходе, образованном вырожденными полупроводниками. Это приводит к появлению на вольт-амперной характеристике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением при прямом напряжении.

Концентрация примесей в p- и n- областях выбирается порядка ,

следствием чего является малая толщина перехода (порядка 0,01 мкм). Локальные уровни примесей образуют в вырожденных полупроводниках сплошную зону. Уровни Ферми располагаются соответственно в валентной зоне p-области и в зоне проводимости n-области. В состоянии термодинамического равновесия зона проводимости n-полупроводника и валентная зона p-полупроводника перекрываются на величину .

Известно, что частица, имеющая энергию, недостаточную для преодоления потенциального барьера, может пройти сквозь него, если с другой стороны этого барьера имеется свободный энергетический уровень, который она занимала перед барьером. Это явление называется туннельным эффектом. Чем уже потенциальный барьер и чем меньше его высота, тем больше вероятность туннельного перехода. Туннельный переход совершается без затраты энергии.

Вольт-амперная характеристика туннельного диода:

Таким образом, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением в некотором диапазоне прямых напряжений, что позволяет использовать его для генерации и усиления колебаний, а также в переключающих схемах.

Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды, изготовляемые на основе полупроводника с концентрациями примесей в р- и n — областях диода, меньших, чем в туннельных, но больших, чем в обычных выпрямительных диодах.

Вольт-амперная характеристика обращенного диода представлена:

Прямая ветвь ВАХ обращенного диода аналогична прямой ветви обычного выпрямительного диода, а обратная ветвь аналогична обратной ветви ВАХ туннельного диода, т.к. при обратных напряжениях происходит туннельный переход электронов из валентной зоны р-области в зону проводимости n-области и при малых обратных напряжениях (десятки милливольт) обратные токи оказываются большими. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление в них соответствует обратному включению, а запирающее – прямому включению.


Полупроводниковые диоды


Введение


Полупроводниковым диодом называют 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. В данном разделе будут рассмотрены следующие типы полупроводниковых диодов: выпрямительные диоды на основе p n перехода, стабилитроны, варикапы, туннельные и обращенные диоды.

4.1. Характеристики идеального диода на основе

p n перехода
Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно-дырочный переход. Как было показано в главе 2, вольт-амперная характеристика такого диода имеет ярко выраженную нелинейность, приведенную на рисунке 4.1а, б, и описывается уравнением (4.1). 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. 4.1. Параметры полупроводникового диода:

а) вольт амперная характеристика; б) конструкция корпуса

, (4.1)
.

Для анализа приборных характеристик выпрямительного диода важными являются такие дифференциальные параметры, как коэффициент выпрямления, характеристичные сопротивления и емкости диода в зависимости от выбора рабочей точки.


4.1.1. 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 4.2 приведена схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока в диоде.

Рис. 4.2. Схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока с помощью диода [10, 20]

Рассмотрим, каков будет коэффициент выпрямления идеального диода на основе p n перехода. Для этого рассчитаем по уравнению (4.1) коэффициент выпрямления К как отношение прямого тока к обратному току диода при значениях напряжения U =  0,01 В; 0,025 В; 0,1 В; 0,25 В; 1 B. Получаем:

. (4.2)

Учтем, что величина  -1 при комнатной температуре составляет  В. Результаты расчета приведены в таблице.


VG, B

 0,01

0,025

0,1

0,25

1

K, отн. ед.

1,0

1,1

55

2,3·104

2,8·1020

Как следует из таблицы и соотношения (4.2), при значениях переменного напряжения, модуль которого VG меньше, чем тепловой потенциал kT/q, полупроводниковый диод не выпрямляет переменный ток. Коэффициент выпрямления достигает приемлемых величин при значениях VG по крайней мере в 4 раза больших, чем тепловой потенциал kT/q, что при комнатной температуре Т = 300 К соответствует значению напряжения VG =  0,1 В.


4.1.2. Характеристическое сопротивление


Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rD и сопротивление по постоянному току RD.

Дифференциальное сопротивление определяется как

. (4.3)

На прямом участке вольт-амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление rDневелико и составляет значение несколько Ом. Действительно, при значении прямого тока диода I = 25 мА и значении теплового потенциала kT/q = 25 мВ величина дифференциального сопротивления rD будет равна rD = 1 Ом. На обратном участке вольт амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление rD стремится к бесконечности, поскольку в идеальных диодах при обратном смещении ток не зависит от напряжения.

Сопротивление по постоянному току RD определяется как отношение приложенного напряжения VG к протекающему току I через диод:

. (4.4)

На прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > rD, а на обратном участке – меньше RD  rD.

В точке вблизи нулевого значения напряжения VG kT/q значения сопротивления по постоянному току и дифференциального сопротивления совпадают. Действительно, разложив экспоненту в ряд в соотношении (4.4), получаем:

. (4.5)

Используя характерное значение для обратного тока диода I0 = 25 мкА, получаем величину сопротивления диода в нулевой точке RD0 = rD0 = 1 кОм. На рисунке 4.3а приведена зависимость дифференциального сопротивления диода ГД402 от величины тока при прямом смещении.


4.1.4. Эквивалентная схема диода


С учетом полученных дифференциальных параметров можно построить эквивалентную малосигнальную схему диода для низких частот (рис. 4.3а, б, в). В этом случае наряду с уже описанными элементами – дифференциальным сопротивлением (рис. 4.3а) и емкостями диода (рис. 4.3б) необходимо учесть омическое сопротивление квазинейтрального объема базы (rоб) диода. Сопротивление квазинейтрального объема эмиттера можно не учитывать, поскольку в диодах эмиттер обычно легирован существенно более сильно, чем база.

Рис. 4.3. Приборные характеристики и эквивалентная малосигнальная схема для выпрямительных диодов [23, 24]:

а) зависимость дифференциального сопротивления диода ГД402 от величины тока при прямом смещении; б) зависимость емкости диода ГД402 от обратного напряжения; в) эквивалентная малосигнальная схема диода для низких частот

4.2. Варикапы


Зависимость барьерной емкости СБ от приложенного обратного напряжения VG используется для приборной реализации. Полупроводниковый диод, реализующий эту зависимость, называется варикапом. Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом напряжении VG. При увеличении обратного смещения емкость варикапа уменьшается. Функциональная зависимость емкости варикапа от напряжения определяется профилем легирования базы варикапа. В случае однородного легирования емкость обратно пропорциональна корню из приложенного напряжения VG. Задавая профиль легирования в базе варикапа ND(x), можно получить различные зависимости емкости варикапа от напряжения C(VG) – линейно убывающие, экспоненциально убывающие. На рисунке 4.4 показана зависимость емкости варикапов различных марок от приложенного напряжения.

Рис. 4.4. Конструкция варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от напряжения для различных варикапов (б – КВ116А, в – КВ126А, г – КВ130А) [23, 25]


4.3. Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов


В реальных выпрямительных диодах на основе p n перехода при анализе вольт амперных характеристик необходимо учитывать влияние генерационно-рекомбинационных процессов в обедненной области p n перехода и падение напряжения на омическом сопротивлении базы p n перехода при протекании тока через диод.

При рассмотрении влияния генерационно рекомбинационных процессов в ОПЗ p n перехода будем считать, что доминирующим механизмом генерационно-рекомбинационного процесса является механизм Шокли – Рида. В этом случае для моноэнергетического рекомбинационного уровня, расположенного вблизи середины запрещенной зоны полупроводника, выражение для темпа генерации (рекомбинации) имеет вид:

. (4.6)

Параметры, входящие в соотношение 4.10, имеют следующие значения:

γn, γp – вероятности захвата электронов и дырок на рекомбинационный уровень;

Nt – концентрация рекомбинационных уровней;

n, p – концентрации неравновесных носителей;

n1, p1 – концентрации равновесных носителей в разрешенных зонах при условии, что рекомбинационный уровень совпадает с уровнем Ферми.

Из уравнений 4.6 и 1.20 следует, что при прямом смещении (VG > 0) произведение концентрации неравновесных носителей p·n будет больше, чем произведение концентрации равновесных носителей p1·n1 (p·> p1·n1). Следовательно, правая часть уравнения 4.6 будет положительная, а скорость изменения концентрации неравновесных носителей dn/dt будет отрицательной. Таким образом, концентрация неравновесных носителей будет убывать и рекомбинация будет преобладать над генерацией.

При обратном смещении (VG 

4.3.1. Влияние генерации неравновесных носителей в ОПЗ

pn перехода на обратный ток диода
При обратном смещении (VG pn перехода из соотношения 1.20 следует, что

.

Величина произведения концентрации равновесных носителей p1·n1 будет равна квадрату собственной концентрации: .

В этом случае из уравнения 4.6 следует, что

.

Учтем, что значения концентрации неравновесных носителей p, n будут меньше концентрации равновесных носителей p1 и n1: p  p1, n  n1, а величины n1 и p1 определяются через объемное положение уровня Ферми 0t следующим образом:

.

Тогда получаем:

, (4.7)

где e – эффективное время жизни неравновесных носителей, определяемое как

. (4.8)

Из соотношения 4.7 следует, что скорость изменения концентрации неравновесных носителей dn/dt будет положительной, следовательно, генерация будет преобладать над рекомбинацией. Для того чтобы рассчитать генерационный ток Jген, необходимо проинтегрировать по ширине области пространственного заряда W:

. (4.9)

Рассмотрим зависимость генерационного тока Jген от обратного напряжения VG, приложенного к диоду, а также от температуры T (рис. 4.5).

Зависимость генерационного тока Jген от напряжения VG будет определяться зависимостью ширины области пространственного заряда W от напряжения VG. Поскольку ширина области пространственного заряда W определяется как , то генерационный ток Jген будет пропорционален корню из напряжения: .

Величина дрейфовой компоненты обратного тока J0 несимметричного p+ n перехода равна:

.

Сделаем оценку отношения теплового J0 и генерационного Jген токов для диодов, изготовленных из различных полупроводников:

. (4.10)

Рис. 4.5. Вклад генерационного тока Jген в обратный ток p n перехода

Для германия (Ge) характерны следующие параметры: W = 1 мкм; Ln = 150 мкм, ni = 1013 см-3, ND = 1015 см-3. Подставляя эти величины в соотношение 4.10, получаем, что генерационный ток и тепловой ток одинаковы, Iген ~ Is.

Для кремния (Si) характерны следующие параметры: W = 1 мкм; Ln = 500 мкм, ni = 1010 см-3, ND = 1015 см-3. Подставляя эти величины в соотношение 4.10, получаем, что генерационный ток много больше, чем тепловой ток, Iген / Is ~ 2102.

Таким образом, для кремниевых диодов на основе p n перехода в обратном направлении преобладает генерационный ток, а для германиевых диодов – тепловой ток.

Как следует из уравнения 4.10, соотношения генерационого и теплового токов зависят от собственной концентрации ni. Если собственная концентрация niмала (широкозонный полупроводник), – преобладает генерационный ток, если значение ni велико (узкозонный полупроводник), – преобладает тепловой ток.


4.3.2. Влияние рекомбинации неравновесных носителей в ОПЗ

p n перехода на прямой ток диода
При прямом смещении (VG > 0) p n перехода из соотношения 1.20 следует, что

.

Из уравнений 4.6 и 1.20 следует, что при прямом смещении (VG > 0) произведение концентрации неравновесных носителей p·n будет больше, чем произведение концентрации равновесных носителей p1·n1 (p·> p1·n1).

Предположим, что рекомбинационный уровень Et находится посредине запрещенной зоны полупроводника Et = Ei. Тогда p1 = n1 = ni, а коэффициенты захвата одинаковы: n = p. В этом случае уравнение 4.6 примет вид:

. (4.11)

Из уравнения (4.11) следует, что темп рекомбинации будет максимален в том случае, если знаменатель имеет минимальное значение. Это состояние реализуется в той точке ОПЗ, когда квазиуровни Ферми находятся на равном расстоянии от середины запрещенной зоны, то есть расстояние 0 n,p от середины зоны Ei до квазиуровней Fn и Fp одинаково и равно .

При этих условиях знаменатель в уравнении 4.11 будет иметь значение .

Следовательно, для скорости генерации имеем:

.

Величина рекомбинационного тока Jрек после интегрирования по ширине области пространственного заряда W имеет вид:

. (4.12)

Полный ток диода при прямом смещении будет складываться из диффузионной и рекомбинационной компонент:

. (4.13)

Из (4.13) следует, что прямой ток диода можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью типа , в случае значения коэффициента n = 1 ток будет диффузионным, при n = 2 – рекомбинационным. На рисунке 4.6 показана зависимость тока диода от напряжения при прямом смещении в логарифмических координатах.

Из приведенных экспериментальных данных для диода следует, что тангенс угла наклона равен 0,028 В, что с высокой степенью точности соответствует значению kT/q, равному 0,026 В при комнатной температуре.

Рис. 4.6. Зависимость тока диода от напряжения при прямом смещении [2, 23]


4.3.3. Влияние объемного сопротивления базы диода на прямые характеристики


База диода на основе p n перехода обычно легирована существенно меньше, чем эмиттер. В этом случае омическое сопротивление квазинейтральных областей диода будет определяться сопротивлением базы rб, его величина рассчитывается по классической формуле: ,

где  – удельное сопротивление, l – длина базы, S – площадь поперечного сечения диода.

В типичных случаях при  = 1 Омсм, l = 10-1 см, S = 10-2 см2, rб = 10 Ом.

При этом падение напряжения Uб на квазинейтральном объеме базы при протекании тока J будет равно:

. (4.14)

Напряжение, приложенное к ОПЗ p n перехода, в этом случае уменьшится на величину Vб. С учетом (4.14) вольт амперная характеристика диода будет иметь вид:

; (4.15)

Из уравнения (4.15) следует, что по мере роста прямого тока вольт-амперная характеристика p n перехода будет вырождаться, то есть ток будет расти не экспоненциально, а более медленно, и в предельном случае на ВАХ появится омический участок.

Определим критерий вырождения, как состояние диода, при котором дифференциальное сопротивление диода станет равно либо меньше омического сопротивления базы диода:

.

Следовательно, величина прямого тока, при котором наступает вырождение вольтамперной характеристики, будет равна: .

Для параметров диода rб = 10 Ом; Т = 0,025 В ток вырождения будет равен: Iвыр = 2,5 мA.

На рисунке 4.7 показана эквивалентная схема диода, где объемное сопротивление базы диода представлено в виде резистора, последовательно соединенного с идеальным диодом.

Рис. 4.7. Рисунки, иллюстрирующие влияние сопротивления базы на вольт-амперные характеристики диода при прямом смещении [17, 23, 26]:

а) эквивалентная схема диода; б) ВАХ в линейных координатах; в) ВАХ в логарифмических координатах; г) ВАХ диода 2Д925Б при различных температурах

Пунктирная и сплошная линии, описывающие вольт-амперную характеристику, как в линейных, так и полулогарифмических координатах, сдвинуты друг относительно друга по оси напряжений на величину rб·I. Для диода 2Д925Б приведены его характеристики при различных температурах, при этом отчетливо виден линейный участок на ВАХ. Таким образом, у реальных диодов омический участок на ВАХ составляет основную часть характеристики.


4.3.4. Влияние температуры на характеристики диодов


Как уже отмечалось, при 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 (рис. 4.8). Зависимость тока от напряжения определяется соотношением: .

Для несимметричного p n+ перехода NA ND концентрация неосновных носителей в p области существенно выше, чем в n области np0 >> pn0. Обратный ток в этом случае обусловлен дрейфовой электронной компонентой , поскольку .

Обратный ток диода в этом случае будет .

Вблизи комнатной температуры Тк при ее небольших отклонениях можно записать: , тогда температурная зависимость тока преобразуется к следующему виду:

. (4.16)

Величина коэффициента для различных полупроводников будет следующей: для германия Ge = 0,09 град-1 до T = 700, для кремния Si = 0,13 град-1 до Т = 1200.

В практических случаях используют понятие температуры удвоения обратного тока диода. Соотношение (4.16) преобразуется к следующей форме, при этом

, (4.17)

где – температура удвоения тока, величина этой температуры будет равна: T* = 10; 8; 7; 5, при значениях  = 0,07; 0,03; 0,1; 0,13.

Из соотношения (4.17) и значения температуры удвоения тока T* = 10 следует простое правило: обратный ток диода удваивается при увеличении температуры на каждые 10 ºС.

Рис. 4.8. Вольт амперные характеристики диода ГД107 [23, 25]:

а) при прямом смещении; б) при обратном смещении; в) температурная зависимость прямого тока диода

4.4. Стабилитроны


Стабилитроном называется 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 4.9.

Рис. 4.9. Вольт амперная характеристика (а) и конструкция корпуса (б) стабилитрона

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  5 В. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации обычно имеет большие значения и составляет величину более 8 вольт: Uстаб > 8 В.

Туннельный пробой в полупроводниках
Проанализируем более подробно механизмы туннельного и лавинного пробоя.

Рассмотрим зонную диаграмму диода с p n переходом при обратном смещении при условии, что области эмиттера и базы диода легированы достаточно сильно (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Зонная диаграмма диода на базе сильнолегированного p n перехода при обратном смещении

Квантово-механическое рассмотрение туннельных переходов для электронов показывает, что в том случае, когда геометрическая ширина потенциального барьера сравнима с дебройлевской длиной волны электрона, возможны туннельные переходы электронов между заполненными и свободными состояниями, отделенными потенциальным барьером.

Форма потенциального барьера обусловлена полем p n перехода. На рисунке 4.11 схематически изображен волновой пакет при туннелировании через потенциальный барьер треугольной формы.

Рис. 4.11. Схематическое изображение туннелирования волнового пакета через потенциальный барьер


Возьмем уравнение Шредингера , где H – гамильтониан для свободного электрона , Е – энергия электрона.

Введем .

Тогда снаружи от потенциального барьера уравнение Шредингера будет иметь вид:

.

Внутри потенциального барьера .

Решение для волновых функций электрона будем искать в следующем виде:

– падающая волна и отраженная,

– прошедшая волна,

– волна в барьере.

Используем условие непрерывности для волновой функции и ее производные на границах потенциального барьера, а также предположение об узком и глубоком потенциальном барьере (W >> 1).

В этом случае для вероятности туннельного перехода Т получаем:

.

Выражение для туннельного тока электронов из зоны проводимости на свободные места в валентной зоне будет описываться следующим соотношением:

,

где использованы стандартные обозначения для функции распределения и плотности квантовых состояний.

При равновесных условиях на p+ n+ переходе токи слева и справа друг друга уравновешивают: .

При подаче напряжения туннельные токи слева и справа друг друга уже не уравновешивают:

. (4.18)

Здесь fC, fV – неравновесные функции распределения для электронов в зоне проводимости и валентной зоне.

Для барьера треугольной формы получено аналитическое выражение для зависимости туннельного тока Jтун от напряженности электрического поля Е следующего вида:

. (4.19)

За напряженность электрического поля пробоя Eпр условно принимают такое значение поля Е, когда происходит десятикратное возрастание обратного тока стабилитрона: .

При этом для p n переходов из различных полупроводников величина электрического поля пробоя Eпр составляет значения: кремний Si: Eпр = 4105 В/см; германий Ge: Eпр = 2105 В/см. Туннельный пробой в полупроводниках называют также зинеровским пробоем.

Оценим напряжение Uz, при котором происходит туннельный пробой. Будем считать, что величина поля пробоя Eпр определяется средним значением электрического поля в p n переходе . Поскольку ширина области пространственного заряда W зависит от напряжения по закону , то, приравнивая значения W из выражений , получаем, что напряжение туннельного пробоя будет определяться следующим соотношением [5, 2]:

. (4.20)

Рассмотрим, как зависит напряжение туннельного пробоя от удельного сопротивления базы стабилитрона. Поскольку легирующая концентрация в базе ND связана с удельным сопротивлением ρбазы соотношением , получаем:

. (4.21)

Из уравнения (4.21) следует, что напряжение туннельного пробоя Uz возрастает с ростом сопротивления базы ρбазы.

Эмпирические зависимости напряжения туннельного пробоя Uz для различных полупроводников имеют следующий вид:

германий (Ge): Uz = 100n + 50p;

кремний (Si): Uz = 40n + 8p,

где n, p – удельные сопротивления n  и p слоев, выраженные в (Омсм).

Лавинный пробой в полупроводниках
Рассмотрим случай однородного электрического поля в полупроводнике. Если двигаясь вдоль силовых линий электрического поля электрон на расстоянии, равном длине свободного пробега λ, наберет энергию, равную либо большую, чем ширина запрещенной зоны, то, неупруго рассеиваясь, этот электрон может вызвать генерацию еще одной электронно дырочной пары. Дополнительно нагенерированные свободные носители также будут участвовать в аналогичном процессе. Это явление лавинного размножения свободных носителей в условиях сильного электрического поля получило название лавинного пробоя. На рисунке 4.12 показана схема, иллюстрирующая лавинный пробой.

Размеры геометрической области полупроводника W, в которой происходит лавинное умножение, должны быть существенно больше длины свободного пробега электрона λ. Соотношения, определяющие условие лавинного пробоя, будут следующие:

. (4.22)

Рис. 4.12. Схема, иллюстрирующая лавинный пробой в однородном полупроводнике [27, 10]:

а) распределение электрического поля, доноров и акцепторов и свободных носителей; б) распределение токов; в) зонная диаграмма, иллюстрирующая лавинное умножение в ОПЗ

Одним из параметров лавинного пробоя является коэффициент лавинного умножения M, определяемый как количество актов лавинного умножения в области сильного электрического поля. Если обозначить начальный ток I0, то после лавинного умножения величина тока будет иметь вид: I = M·I0,

,

где U – напряжение лавинного пробоя, U – напряжение, n – коэффициент, равный 3 или 5 для Ge или Si соответственно.

Для несимметричного p+  n перехода расчет дает следующее значение напряжения лавинного пробоя VB при условии, что максимальное значение поля в ОПЗ p+ n перехода можно приближенно оценить как среднее:

. (4.23)

Величина электрического поля Еm, определяемая соотношением (4.23), зависит от величины и типа легирующей концентрации ND, NA, температуры и лежит в диапазоне Еm = (45) 105 В/см для кремния и Еm = (23)·105 В/см для германия.

Приборные характеристики стабилитронов
Основными характеристиками стабилитрона являются ток Iст и напряжение Uст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона rст и температурная зависимость этих параметров. На рисунке 4.13 приведены дифференциальные параметры различных стабилитронов.

Рис. 4.13. Дифференциальные параметры различных стабилитронов:

а) зависимость дифференциального сопротивления от прямого тока 2С108; б) зависимость изменения напряжения стабилизации от температуры для различных типономиналов стабилитрона 2С108; в) зависимость дифференциального сопротивления от прямого тока 2С351

Как следует из приведенных данных, значение дифференциального сопротивления для стабилитронов обратно пропорционально току стабилизации и составляет десятки Ом при рабочих параметрах токов. Точность значения напряжения стабилизации составляет десятки милливольт в стандартном температурном диапазоне.


4.5. Туннельный и обращенный диоды


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. На рисунке 4.14 приведена вольт амперная характеристика типичного туннельного диода при прямом смещении.

Проанализируем особенности вольт амперной характеристики туннельного диода. Для этого рассмотрим p+ n+ переход, образованный двумя вырожденными полупроводниками.

Если концентрация доноров и акцепторов в эмиттере и базе диода будет NA, ND ~ 1020 см-3, то концентрация основных носителей будет много больше эффективной плотности состояний в разрешенных зонах pp0nn0 >> NC, NV. В этом случае уровень Ферми будет находиться в разрешенных зонах p+ и n+ полупроводников.

Рис. 4.14. Туннельный диод 1И104 [25, 23]:

а) вольт амперная характеристика при прямом смещении; б) конструкция туннельного диода

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, приведена на рисунке 4.15.

Рис. 4.15. Зонная диаграмма p+ n+ перехода в равновесии

С позиции анализа токов для диффузионного тока (прямого) имеет место большая высота потенциального барьера. Чтобы получить типичные значения прямого тока, нужно приложить большое прямое напряжение (больше или примерно равное половине ширины запрещенной зоны Eg/2). В выражении для дрейфового тока (обратного) концентрация неосновных носителей мала и поэтому обратный ток тоже будет мал.

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.

Рассмотрим более подробно туннельные переходы в вырожденных p+ n+ переходах при различных напряжениях. На рисунке 4.16 показана зонная диаграмма туннельного диода при обратном смещении.

Рис. 4.16. Зонная диаграмма туннельного диода при обратном смещении

При обратном напряжении ток в диоде обусловлен туннельным переходом электронов из валентной зоны на свободные места в зоне проводимости. Поскольку концентрация электронов и число мест велики, то туннельный ток резко возрастает с ростом обратного напряжения. Такое поведение вольт-амперных характеристик резко отличает туннельный диод от обычного выпрямительного диода.

При прямом напряжении ток в диоде обусловлен туннельным переходом электронов из зоны проводимости на свободные места в валентной зоне. Поскольку туннельные переходы происходят без рассеяния, то есть с сохранением энергии туннелирующей частицы, то на зонной диаграмме эти процессы будут отражены прямыми горизонтальными линиями. На рисунке 4.17 показаны зонные диаграммы туннельного диода при прямом смещении, соответствующие трем точкам на прямом участке вольт-амперной характеристики.

Рис. 4.17. Зонные диаграммы туннельного диода при прямом смещении:

а) участок 1; б) участок 2; в) участок 3

На участке 1 при небольшом прямом напряжении напротив электронов зоны проводимости начинают появляться свободные места в валентной зоне при той же самой энергии. По мере роста напряжения число свободных мест возрастает и ток растет с ростом напряжения. Туннельный ток достигает максимума, когда все свободные места в валентной зоне оказываются по энергии напротив энергетических уровней, занятых электронами в зоне проводимости (участок 2). Затем, по мере роста прямого напряжения, число этих свободных мест начинает уменьшаться, поскольку по энергии напротив уровней, занятых электронами в зоне проводимости оказываются состояния в запрещенной зоне (энергетические уровни в идеальных полупроводниках в запрещенной зоне отсутствуют). На участке 3 туннельный ток уменьшается с ростом напряжения и превращается в ноль, когда запрещенная зона p+ полупроводника будет находиться по энергии напротив уровней, занятых электронами в зоне проводимости.

При дальнейшем росте прямого напряжения появляется компонента обычного диффузионного тока p n перехода.

Участок 3 на рисунке 4.17 – это участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Рассмотрим более подробно вольт амперную характеристику туннельного диода.

Решение уравнения (4.18) для случая прямого смещения имеет следующий вид:

, (4.24)

где ε1 и ε2 – расстояние от энергии Ферми до дна зоны проводимости или вершины валентной зоны.

Рис. 4.18. Температурные зависимости прямого тока от напряжения в туннельных диодах [23, 25]:

а) германиевый диод 1И403; б) арсенидгаллиевый диод 3И202

Расчет вольт-амперных характеристик туннельного диода по уравнению (4.24) дает хорошее согласие с экспериментом. На рисунке 4.18 приведены температурные зависимости прямого тока от напряжения в туннельных диодах, изготовленных из германия и арсенида галлия. Видно, что у диода с более широкозонным материалом GaAs, чем Ge, минимум тока наблюдается при больших значениях прямого напряжения.

Отметим, что туннельный диод имеет высокие значения максимальной граничной частоты fmax ~ 109 Гц, поскольку времена процессов при туннелировании составляют наносекунды, то есть min ~ 10-9 c. По этой причине туннельные диоды используются в СВЧ технике.

Рассмотрим вольт амперные характеристики p n перехода в особом случае, 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. На рисунке 4.19 приведена вольт амперная характеристика обращенного диода.

Рис. 4.19. Вольт амперная характеристика германиевого обращенного диода ГИ403 [23, 25]:

а) полная ВАХ; б) обратный участок ВАХ при разных температурах

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.


4.6. Переходные процессы в полупроводниковых диодах


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. На рисунке 4.20 показаны эпюры изменения напряжения и тока на диоде.

Рис. 4.20. Эпюры изменения напряжения и тока при переключении диода:

а) напряжение; б) ток

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:

. (4.25)

В момент времени t = 0 распределение инжектированных носителей в базе определяется из диффузионного уравнения и имеет вид:

. (4.26)

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 уравнением (4.26).

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 (4.25) в следующем виде.

В момент времени t = 0 справедливо уравнение (4.26). При установлении стационарного состояния в момент времени стационарное распределение неравновесных носителей в базе описывается соотношением: .

Обратный ток обусловлен только диффузией дырок к границе области пространственного заряда p n перехода:

. (4.27)

Процедура нахождения кинетики обратного тока следующая. Учитывая граничные условия, решается уравнение (4.25) и находится зависимость концентрации неравновесных носителей в базе p(x,t) от времени и координаты. На рисунке 4.21 приведены координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени.

Рис. 4.21. Координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени [28, 15]

Подставляя динамическую концентрацию p(x,t) в (4.27), находим кинетическую зависимость обратного тока J(t).

Зависимость обратного тока J(t) имеет следующий вид:

. (4.28)

Здесь – дополнительная функция распределения ошибок, равная . Первое разложение дополнительной функции ошибок имеет вид: .

Разложим функцию (4.28) в ряд в случаях малых и больших времен: t p; t >> p. Получаем [28, 15]:

; (4.29)

. (4.30)

Из соотношения (4.30) 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.

Рис. 4.22. Зависимость обратного тока от времени при переключении диода

Время, в течение которого обратный ток постоянен, называют временем среза.

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.



Достарыңызбен бөлісу:

Полупроводниковые диоды — презентация онлайн

1. 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.

3. 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
U
U
RD
I 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

7. 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
лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации
обычно имеет большие значения и составляет величину
более 8 вольт: Uстаб > 8 В.

9. 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 Eg
2 s 0 2 0
2 1 10 12 1
6
W
~
10
ñì ~ 100Å
19
qN D
qN D
1.6 10
Дебройлевскую длину волны электрона оценим из простых соотношений:
2 2
E
kT ;
2m 2
2
2 9,1 10 31 1,38 10 23 300
2mkT 1
~ 140Å
2mkT
6,3 10 34
h
h3
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

Что произойдет, если диод перевернут?

Полупроводниковые материалы могут быть как N-типа, так и P-типа. Буквы означают отрицательное и положительное соответственно. Когда электронный компонент изготавливается из материалов как N-типа, так и P-типа, он называется диодом. Катод — это отрицательная сторона диода, представляющего собой полупроводник N-типа. Анод — это положительная сторона, которая представляет собой полупроводник P-типа.

Комбинация полупроводниковых материалов P-типа и N-типа называется P-N переходом.Это означает, что к каждому концу подключен провод, что облегчает существование диода в ваших электронных схемах. Когда источник напряжения подключен к диоду, когда отрицательная сторона соединена с катодом, а положительная сторона связана с анодом, диод поддерживает поток электрического тока, выступая в качестве проводника. Поскольку напряжение течет по этому пути, оно известно как прямое смещение.

Но что произойдет, если изменить направление напряжения? Это возможно, если взять источник напряжения и подключить его к противоположным сторонам диода.Например, вы подключаете отрицательную сторону источника напряжения к аноду, а положительную сторону источника напряжения к катоду. По сути, это приведет к тому, что ток перестанет течь. Теперь вместо того, чтобы быть проводником, диод превратился в изолятор. Когда напряжение течет в противоположном направлении, это называется обратным смещением.

Подводя итог различиям, поток электрического тока идет прямо через диод, когда есть прямое смещение. Но если электрический ток не течет, возникает обратное смещение.Диод не может удерживать большое напряжение, если есть обратное смещение. Как только максимальное обратное напряжение превышено, диод выходит из строя, чтобы электрический ток продолжал течь через диод. Некоторые люди могут использовать термин «пиковое обратное напряжение» для описания обратного напряжения.

Символ диода для прямого смещения начинается с горизонтальной линии со стрелкой посередине, указывающей вправо. Рядом с правым кончиком стрелки находится вертикальная линия. Слева от стрелки — анод, справа от вертикальной линии — катод.Вы можете запомнить, какая сторона есть какая, сосредоточившись на стороне анода и стрелке перед ней. Стрелка в основном указывает на направление, в котором течет электрический ток. Это положительное направление к отрицательному.

На катодной стороне символа есть вертикальная линия, представляющая знак минус. Несмотря на то, что обычный знак минус представляет собой небольшую горизонтальную линию, для этого символа он должен быть вертикальным, поскольку через стрелку уже проходит горизонтальная линия.Таким образом, было бы неправильно, если бы вокруг стрелки были две горизонтальные линии. Предполагается, что вертикальная линия указывает на то, что это отрицательная сторона прямого смещения диода.

Символ диода для обратного смещения почти такой же, за исключением того, что стрелка указывает влево, а не вправо. Когда вы сравните два символа и добавите их к более обширной иллюстрации, показывающей лампу и источник питания на 9 В, вы сможете увидеть разницу более четко.

Читайте также:

Прямое смещение показывает ток от источника питания, проходящий через диод и продолжающийся до включения лампы.Обратное смещение показывает ток, вытекающий из лампы, который выключает ее, а затем проходит через диод, пока снова не достигнет источника питания. Напряжение большинства диодов составляет около 0,5 вольта. Любое напряжение меньше этого не приведет к протеканию тока.

Как работает диод? (Часть 3 — Обратное смещение) —…

Если вы помните, отрицательная сторона внешнего напряжения смещения должна быть подключена к области n, а положительная сторона — к области p, чтобы диод был смещен в прямом направлении.Теперь, чтобы диод был смещен в обратном направлении, внешнее напряжение смещения должно быть подключено противоположно тому, как оно было подключено к диоду в состоянии прямого смещения. Таким образом, положительная сторона связана с областью n, а отрицательная сторона связана с областью p.

В этом случае свободные электроны, которые являются основными носителями в n-области, притягиваются положительной стороной внешнего напряжения смещения, создавая больше положительных зарядов вблизи pn-перехода. То же самое происходит и в области p.Дырки, являющиеся основными носителями, притягиваются отрицательной стороной внешнего напряжения смещения, и вблизи p-n-перехода создается больше отрицательных зарядов. Это приводит к расширению области обеднения и увеличению напряженности электрического поля между положительным и отрицательным зарядами до тех пор, пока потенциал в области обеднения не станет таким же, как внешнее напряжение смещения.

Если мы попытаемся посмотреть на энергетическую диаграмму в условиях обратного смещения, мы увидим, что область обеднения теперь стала шире, а энергетический холм круче, что делает невозможным пересечение pn-перехода свободными электронами.Опять же, глядя на диаграммы энергетических зон, электроны хотят опуститься, а дырки хотят «всплыть» вверх. В этом случае через диод не будет протекать ток, за исключением очень небольшого обратного тока, которым обычно можно пренебречь.

Обратный ток в условиях обратного смещения возникает из-за неосновных носителей в p- и n-областях. Это термически генерируемые электронно-дырочные пары. Отрицательная сторона внешнего напряжения смещения выталкивает неосновные носители в p-области, которые представляют собой свободные электроны, к pn-переходу.Поскольку зона проводимости в p-области находится на более высоком энергетическом уровне, чем зона проводимости в n-области, неосновные электроны могут легко проходить через обедненную область, поскольку для этого не требуется дополнительной энергии.

Обратный ток в условиях обратного смещения должен быть очень мал. Однако, если внешнее напряжение смещения увеличить до значения, равного напряжению пробоя, обратный ток резко возрастет.

Что происходит, так это то, что высокое напряжение обратного смещения дает достаточно энергии свободным неосновным электронам, так что, когда они проходят через p-область, они сталкиваются с атомами и выбивают валентные электроны с орбиты в зону проводимости.Теперь эти электроны, выбитые со своей орбиты, становятся электронами проводимости. У них также высокая энергия, поэтому они повторяют этот процесс столкновения с атомами, что приводит к умножению электронов проводимости. Поскольку эти электроны обладают высокой энергией, после пересечения обедненной области они не объединяются с неосновными дырками, а проходят через n-область как электроны проводимости.

Размножение электронов проводимости приводит к резкому увеличению обратного тока.Если обратный ток не ограничен, это может привести к повреждению диода.


Итак, теперь мы знаем, как работает диод в условиях обратного смещения. Мы также узнали об обратном токе и о том, как увеличение напряжения обратного смещения до напряжения пробоя резко увеличивает обратный ток, который может повредить диод. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже, и если вы нашли это интересным или полезным, поставьте лайк и подпишитесь на нашу рассылку новостей и канал YouTube!

%PDF-1.3 % 152 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 152 68 0000000016 00000 н 0000001711 00000 н 0000002573 00000 н 0000002791 00000 н 0000003152 00000 н 0000003227 00000 н 0000003769 00000 н 0000004135 00000 н 0000004356 00000 н 0000005161 00000 н 0000006012 00000 н 0000006485 00000 н 0000007096 00000 н 0000007545 00000 н 0000008407 00000 н 0000008606 00000 н 0000008703 00000 н 0000008805 00000 н 0000009054 00000 н 0000009263 00000 н 0000009678 00000 н 0000010869 00000 н 0000010892 00000 н 0000012473 00000 н 0000012874 00000 н 0000013731 00000 н 0000014596 00000 н 0000015109 00000 н 0000015132 00000 н 0000016570 00000 н 0000016955 00000 н 0000017759 00000 н 0000018567 00000 н 0000018847 00000 н 0000018870 00000 н 0000020075 00000 н 0000020098 00000 н 0000021359 00000 н 0000021382 00000 н 0000022754 00000 н 0000023614 00000 н 0000024053 00000 н 0000024848 00000 н 0000024871 00000 н 0000026267 00000 н 0000026290 00000 н 0000027987 00000 н 0000028009 00000 н 0000028955 00000 н 0000035430 00000 н 0000035584 00000 н 0000041003 00000 н 0000044579 00000 н 0000045087 00000 н 0000049811 00000 н 0000050735 00000 н 0000054007 00000 н 0000054576 00000 н 0000058939 00000 н 0000063804 00000 н 0000064019 00000 н 0000064126 00000 н 0000064278 00000 н 0000064386 00000 н 0000064494 00000 н 0000064608 00000 н 0000001844 00000 н 0000002551 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 153 0 объект > эндообъект 218 0 объект > поток Hb«`c«7 @(AECE 3ѯ{삿x’kr9.,t JT:gx}]B>Cƕ’6=gjHb$ZzćGN-!’DUDnOKqNfܳw$*% 9`SRV|CÆIjmzV’@wCœUn=&»på]P㕕7=\\pWDpiвязка[Nl|6Y.Ȥ| \(naF»Nɩ����~Χbw*_/ga [email protected]؁)P0Bvv7|`hw �� [email protected]

MAXIM MAX4524EUB

ДтЛист
    Загрузить

МАКСИМ MAX4524EUB

Открыть как PDF
Похожие страницы
МАКСИМ MAX4052AESE-T
МАКСИМ MAX4514EUK-T
МАКСИМ MAX4514CUK
МАКСИМ MAX4634ETB
ИНТЕРСИЛ ISL84051IA
МАКСИМ MAX4560EPE
МАКСИМ MAX4583CSE
МАКСИМ MAX4618
МАКСИМ MAX4502CPA
ИНТЕРСИЛ ISL84051IBZ
МАКСИМ MAX4512CSE
МАКСИМ MAX4636EUB
МАКСИМ MAX4545EAP
МАКСИМ MAX309CSE
МАКСИМ МАКС308
МАКСИМ MAX306CWI
МАКСИМ DG411DJ
ВИШАЙ ДГ2032
АДГ5436БРУЗ
МАКСИМ DG403DJ
ВИШАЙ 72342
МАКСИМ MAX4524CUB

© 2022

О нас Закон о защите авторских прав в цифровую эпоху / GDPR Злоупотребление здесь

800 ВА, 1 кВА, 2 кВ, 3 кВА Онлайн ИБП

Вы можете подумать, что резервные батареи предназначены для отключения электроэнергии.И вы были бы правы, но знаете ли вы, что ИБП OnLine (источники бесперебойного питания) устраняют широкий спектр аномалий питания от провалов до скачков и гармонических искажений?  

С помощью прочного преобразователь, ИБП серии SG Tower OnLine потребляет грязное нестабильное питание переменного тока, преобразует его в постоянный, а затем обратно в АС снова. Это истинное «двойное преобразование» обеспечивает строго регулируемую выходную мощность переменного тока, свободную от колебаний напряжения и шума. Конструкция также позволяет системе «отсасывать» из аккумуляторов, а не разряжать их, что приводит к увеличению срока службы аккумуляторов и снижению связанных с этим затрат.Когда вы добавляете «интеллектуальные» коммуникационные возможности и коррекцию коэффициента входной мощности, вы получаете элементы эффективности и интеллекта, соответствующие надежной конструкции, предназначенной для защиты вашего чувствительного оборудования.

 Если ваша система критически важна, то пришло время отказаться от простых резервных батарей для обеспечения реального качества электроэнергии. решение. Выбирайте настоящий источник бесперебойного питания.

  • Конструкция ИБП реального времени с двойным преобразованием 
  • Коррекция коэффициента мощности на входе
  • Поддержка связи для удаленного управления
  • Дополнительные дополнительные батареи и зарядные устройства

Модель СГ800-1Т СГ1К-1Т СГ2К-1Т СГ3К-1Т
Номинальная ВА 800ВА 1 кВА 2 кВА 3 кВА
Электрический ввод
Номинальное напряжение переменного тока 120 В
Диапазон напряжения переменного тока 87-140 В
Текущий 5.5 ампер 6,9 А 14,2 А 21,4 А
Частота 50/60 Гц ± 5 % (автоматическое отслеживание)
Коррекция коэффициента мощности > 0,95
Эффективность (типовая) > 86%
Электрический выход
Выходная мощность 560 Вт 700 Вт 1400 Вт 2100 Вт
Напряжение переменного тока
(переключаемый)
100 В
110 В
115 В
120 В
Частота 50/60 Гц (автоматическое слежение)
Стабильность частоты ± 0.3% (режим батареи)
Регулировка напряжения ± 2%
Ступенчатое изменение нагрузки ± 7 % при 100 % изменении нагрузки
Гармонические искажения < 3 % линейной нагрузки, < 5 % нелинейной нагрузки
Перегрузка 105% нагрузка в течение 50 секунд
Крестовина 3:1
Аккумулятор
Напряжение постоянного тока 36В 36В 72В 96В
Тип 12 В, 7 Ач Герметичный свинцово-кислотный необслуживаемый
Время поддержки при полной нагрузке
при 1/2 нагрузке
9 минут
25 минут
6 минут
19 минут
7 минут
20 минут
5.5 минут
15 минут
Время перезарядки 8 часов до 90%
Время работы от батареи указано приблизительно.        
Время передачи
Линия Сбой/Revoers Ноль
ИБП на байпас или реверс < 4 мс
После перегрузки Автоматический переход на ИБП
Электрические соединения
Вход 6-футовый шнур с 5-15P 6-футовый шнур с 5-15P 6-футовый шнур с 5-20P 6-футовый шнур с L5-30P
Выход (6) 5-15Р (6) 5-15Р (6) 5-15R или
(3) 5-15R и
(2) 5-20R
(6) 5-15R или
(3) 5-15R и
(2) 5-20R
Свяжитесь с нами для получения информации о других вариантах ввода/вывода.
Защита окружающей среды
Рабочая температура 0°C — 40°C (от 32°F до 104°F)
Влажность от 10% до 95% без конденсации
Высота над уровнем моря 7000 футов
Охлаждение Низкоскоростные вентиляторы с принудительной подачей воздуха
Слышимый шум на расстоянии 1 метр < 45 дБА < 45 дБА < 50 дБА < 50 дБА
Элементы управления и индикаторы
Светодиод Линия, инвертор, резерв батареи, нагрузка, байпас, сигнализация, вершина, батарея и уровень нагрузки
Звуковые сигналы Режим постоянного тока, Низкий заряд батареи, Повышенное/пониженное напряжение, Повышенная/пониженная частота, Высокая температура., Перегрузка, Аварийный сигнал неисправности
Связь Последовательный порт RS-232 (программное обеспечение UPSilon 2000 в комплекте)
Механический
Размеры: В x Ш x Г Дюймы
(мм)
8,7 х 6,0 х 15,8
(220,9 х 152,4 х 401,3)
8,7 х 6,0 х 15,8
(220,9 х 152,4 х 401,3)
13,8 х 7,6 х 18,9
(350 х 193 х 480)
13.8 х 7,6 х 18,9
(350 х 193 х 480)
Вес фунты (кг) 33 (14,9) 33 (14,9) 68,4 (31) 81,4 (37)
Список агентств UL 1778 C UL
FCC класс A

В переменного тока диода. Прямой и обратный ток

Диод — самый простой прибор в славном семействе полупроводниковых приборов.Если взять полупроводниковую пластину, например германия, и ввести в ее левую половину акцепторную примесь, а в правую — донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа П, соответственно, с другой — типа N. В середине кристалла мы получаем так называемый P-N переход , как показано на рисунке 1.

На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательного электрода) очень похож на знак «-».Так легче запомнить.

Всего в таком кристалле две зоны с разной проводимостью, из которых выходит два вывода, поэтому получившееся устройство называется диодным , потому что приставка «ди» означает два.

При этом диод оказался полупроводниковым, но подобные устройства были известны и раньше: например, в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называемый кенотроном. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым!

Рисунок 1.Строение диода и обозначение диода на схеме

На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N переход) , являющийся основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличие от диода, у которого всего один переход, у них два P-N перехода, и, например, они состоят сразу из четырех переходов.

Соединение P-N в состоянии покоя

Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, внутри него все равно происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Диод в состоянии покоя

В N-области избыток электронов, она несет отрицательный заряд, а в P-области заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку противоположные заряды имеют тенденцию притягиваться, электроны из N-зоны проникают в положительно заряженную P-зону, заполняя часть дырок. В результате такого движения внутри полупроводника все же возникает ток, хотя и очень небольшой (единицы наноампер).

В результате такого движения плотность вещества на стороне P увеличивается, но до определенного предела.Частицы обычно имеют тенденцию равномерно распределяться по всему объему вещества, подобно тому как запах духов распространяется по помещению (диффузия), поэтому рано или поздно электроны возвращаются обратно в N-зону.

Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет — лампочка светится, плитка нагревается, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода — проводить ток в одном направлении. Именно этим свойством обладает P-N переход.

Включение диода в обратном направлении

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то через P-N переход ток проходить не будет.

Рисунок 3. Перевернутый диод

Как видно на рисунке, положительный полюс источника питания подключен к области N, а отрицательный полюс подключен к области P. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника.В свою очередь, положительные заряды (дырки) в области P притягиваются к отрицательному полюсу источника питания. Поэтому в местах перехода P-N, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечему, нет носителей заряда.

С увеличением напряжения источника питания электроны и дырки все больше притягиваются электрическим полем батареи, при этом в области P-N перехода остается все меньше носителей заряда.Поэтому при обратном включении ток через диод не течет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод запирается обратным напряжением.

Увеличение плотности вещества вблизи полюсов батареи приводит к диффузии , — стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что происходит при отключении аккумулятора.

полупроводниковый диод обратного тока

Вот тут-то и пришло время вспомнить об условно забытых второстепенных носителях.Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит небольшой ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается непервичными носителями, которые могут двигаться точно так же, как и первичные, только в обратном направлении. Естественно такое движение происходит с обратным напряжением. Обратный ток обычно мал из-за малого числа неосновных носителей.

С повышением температуры кристалла увеличивается количество неосновных носителей, что приводит к увеличению обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода.Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов — диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Для предотвращения перегрева на теплоотводах установлены мощные диоды и транзисторы — радиаторы .

Включение диода в прямом направлении

Показан на рис. 4.

Рисунок 4. Прямое подключение диода

Теперь изменим полярность истока: подключим минус к области N (катод), а плюс к области P (анод).При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону перехода P-N. В области P положительно заряженные дырки будут отталкиваться от положительного вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.

Вблизи P-N перехода собираются заряженные частицы разной полярности, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N-переход и продолжают двигаться через P-зону. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу аккумулятора, ток Id шел через диод.

Этот ток называется постоянный ток . Он ограничен техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение превышено, то возникает опасность выхода из строя диода. Однако следует отметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движением электронов.

Можно также сказать, что в прямом направлении переключения электрическое сопротивление диода относительно невелико. При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не протекает (здесь не учитывается небольшой обратный ток).Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя как обычный механический вентиль: повернул в одну сторону — вода течет, повернул в другую — подача прекратилась. За это свойство диод был назван полупроводниковым затвором .

Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует ознакомиться с его вольт-амперной характеристикой . Также полезно узнать о различных конструкциях диодов и частотных характеристиках, а также о плюсах и минусах.Об этом пойдет речь в следующей статье.

Самыми простыми по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, которые имеют в конструкции всего два электрода, между которыми имеется проводимость. электрический ток в одну сторону. Этот тип проводимости в полупроводниках создается за счет их внутренней структуры.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода невозможно понять принцип его работы. Структура диода состоит из двух слоев с разными типами проводимости.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Рамка . Выполняется в виде вакуумного цилиндра, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод . Он находится внутри баллона, служит для формирования эмиссии электронов. Самое простое устройство Катод представляет собой тонкую нить, которая нагревается во время действия. Современные диоды снабжены электродами непрямого свечения, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, способного излучать электроны.
  • Нагреватель . Это специальный элемент в виде нити, которая нагревается электрическим током. Нагреватель расположен внутри катода косвенного нагрева.
  • Анод . Это второй электрод диода, который служит для приема электронов, испускаемых катодом. Анод имеет положительный потенциал по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего такая же, как у катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл . Материал его изготовления – германий или кремний. Одна часть кристалла p-типа с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется p-n-переходом.

Эти конструктивные особенности диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями и свойствами полупроводника в этих состояниях.Рассмотрим подробнее основные типы соединений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри нее все равно происходят своеобразные процессы. В области «n» имеется избыток электронов, что создает отрицательный потенциал. Положительный заряд сосредоточен в области «р». Вместе эти заряды создают электрическое поле.

Поскольку заряды разных знаков притягиваются, электроны из «n» переходят в «p», заполняя при этом дырки.В результате таких процессов в полупроводнике возникает очень слабый ток, плотность вещества в области «р» увеличивается до определенного значения. В этом случае частицы расходятся равномерно по объему пространства, т. е. происходит медленная диффузия. В результате электроны возвращаются в область «n».

Для многих электроприборов направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода большое значение имеет направление протекания тока.Основная задача диода — пропускать ток в одном направлении, чему благоприятствует p-n переход.

Обратное включение

Если диоды подключить к блоку питания согласно приведенной схеме, то ток через p-n переход не будет проходить. Положительный полюс питания подключен к области «n», а минус — к области «p». В результате электроны из области «n» переходят к положительному силовому полюсу. Дырки притягиваются к отрицательному полюсу.На переходе появляется пустота, носителей заряда нет.

По мере увеличения напряжения дырки и электроны притягиваются сильнее, и на стыке отсутствуют носители заряда. Когда диод перевернут, ток не течет.

Увеличение плотности вещества вблизи полюсов создает диффузию, то есть стремление распределить вещество по объему. Это происходит при отключении питания.

обратный ток

Вспомним работу неосновных носителей заряда.Когда диод закрыт, через него проходит небольшое количество обратного тока. Он формируется из неосновных носителей, движущихся в противоположном направлении. Это движение происходит при реверсировании источника питания. Обратный ток обычно пренебрежимо мал, так как число неосновных носителей очень мало.

При повышении температуры кристалла их количество увеличивается и вызывает увеличение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для ограничения рабочей температуры полупроводников их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое подключение

Поменяйте местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут удаляться от отрицательного полюса и переходить к соединению. На стороне «p» отверстия с положительным зарядом будут отталкиваться от положительной клеммы питания. Поэтому электроны и дырки начнут быстро двигаться навстречу друг другу.

Вблизи перехода скапливаются частицы с разным зарядом, и между ними образуется электрическое поле.Электроны проходят через p-n переход и перемещаются в «p»-область. Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные переходят к положительному силовому полюсу. Есть прямой ток диода, который ограничен его свойствами. При превышении этого значения диод может выйти из строя.

При прямой диодной схеме его сопротивление пренебрежимо мало, в отличие от обратной схемы. Предполагается, что обратный ток через диод не проходит. В итоге выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: крутишь ручку влево — вода течет, вправо — воды нет.Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода на нем присутствует прямое напряжение. Обратным напряжением считают величину при закрытии диода и прохождении через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, которое возрастает до тысяч Ом. Это можно проверить, измерив мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление уменьшается, и наоборот.

Если в работе с переменным током используются диоды, то при положительной полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при отрицательной — закрыт. Это свойство диодов используется для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристики диодов

Характеристика диода выражается графиком, который показывает зависимость тока, напряжения и его полярности.Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямое течение, в нижней — обратное.

Горизонтальная ось справа указывает прямое напряжение, слева — обратное. Прямая ветвь графика выражает ток прохождения диода, проходит вблизи вертикальной оси, так как выражает увеличение прямого тока.

Вторая ветвь графика показывает ток при закрытом диоде и идет параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток.По мере увеличения прямого напряжения ток медленно растет. Достигнув области прыжка, его значение резко возрастает.

На обратной ветви графика видно, что при увеличении обратного напряжения значение тока практически не увеличивается. Но, при достижении пределов допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. В результате диод перегреется и выйдет из строя.

Читайте также:
  1. II.Напряжение с КР снимается в момент включения тяговых двигателей.
  2. III. Напряжение с КД снималось при пуске тяговых двигателей.
  3. IV. Напряжение с УУ снимается при соблюдении автоматической характеристики ТД.
  4. IV. Уравнение прямой, проходящей через данную точку в заданном направлении. Пучок прямых линий.
  5. А — обычный; б – бигармонический; в — блок; г — случайное напряжение
  6. В таблице 2.1 U0 — выпрямленное напряжение, I0 — выпрямленный ток, — мощность нагрузки, — коэффициент трансформации.
  7. В трехфазной трехпроводной линии имеются три фазных провода. Напряжение между любой парой проводов называется линейным напряжением (Ul).
  8. В уголовном праве в зависимости от особенностей психического содержания различают прямой и косвенный умысел.
  9. B. Для выявления антител в реакции непрямой гемагглютинации

В переменного тока диода.

(В переменного тока) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения в этой двухполюснике. Чаще всего рассматривается ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности, так как для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую и особого интереса не представляет.

Нелинейность ВАХ связана с тем, что сопротивление НЭ зависит от приложенного напряжения (диоды, стабилитроны) или тока (термисторы).ВАХ нелинейных элементов описывается уравнениями, степени которых выше первых. Так как сопротивление НЭ является переменной величиной, то мгновенное значение тока в них не пропорционально мгновенному значению напряжения. (стр. 117 руководства)

Прямой и обратный ток. Прямое и обратное напряжение.

Когда сопротивление p — n перехода мало, через диод протекает ток, называемый постоянным током .Чем больше площадь p — n перехода и напряжение питания, тем больше этот прямой ток. Если полюса элемента поменять местами, диод будет в закрытом состоянии. Образуется зона, обедненная электронами и дырками; имеет очень высокое сопротивление току. Однако в этой зоне все же будет происходить небольшой обмен носителями тока между областями диода. Поэтому через диод будет протекать ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называется обратным током диода .Если диод подключить к цепи переменного тока, то он будет открываться с положительными полупериодами на аноде, свободно пропуская ток в одном направлении — прямой ток Iпр., и закрываться с отрицательными полупериодами на аноде, почти не пропуская ток в обратном направлении — обратный ток Iоб. Напряжение, при котором диод открывается и через него протекает постоянный ток, называют прямым (Упп.), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него протекает обратный ток, называют обратным ( Уобр.) При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков Ом, а вот при обратном напряжении его сопротивление будет достигать десятков, сотен килоом и даже мегаом.

напряжение пробоя.

Диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свои электроизоляционные свойства, если напряженность поля превышает некоторое критическое значение. Это явление называется пробоем диэлектрика или нарушением его электрической прочности.Свойство диэлектрика сопротивляться пробою называется электрической прочностью (Эпр). Напряжение, при котором происходит пробой изоляции, называется напряжением пробоя (Uпр).

Что такое прямое и обратное напряжение? Пытаюсь понять принцип работы полевого транзистора. и получил лучший ответ

Ответ от Vovik[active]
Прямой — плюс к плюсу, минус к минусу. Обратно — к плюсу — минус, к минусу — плюс.
Применительно к полевому транзистору — между истоком и затвором.
Биполярный транзистор имеет базу и эмиттер, а не полевой.
Биполярный транзистор состоит из двух встречно-параллельных переходов r-p и с одним общим выводом — эмиттер — база (типа общий) — коллектор, как у двух диодов, только общий «слой» тонкий и проводит ток при постоянном напряжении, который называется открытием, применяется между эмиттером и базой.
Чем больше постоянное напряжение между базой и эмиттером, тем больше открыт транзистор и меньше его сопротивление эмиттер-коллектор, т.е.т. е. существует обратная зависимость между напряжением эмиттер-база и сопротивлением биполярного транзистора.
Если между базой и эмиттером приложить обратное напряжение, транзистор полностью закроется и не будет проводить ток.
Если подать напряжение только на базу и эмиттер или базу и коллектор, получится обычный диод.
Полевой транзистор устроен несколько иначе. Выходов тоже три, но они называются сток, исток и гейт.Там только один п-п переход, затвор -> сток-исток или затвор

Ответ от Alex R [гуру]
На 1 вопрос, прямой и обр, бывает с полупроводником (диодом), т.е. диод в прямой нпр пропускает ток, а если ток течет обратно, то все закрывается. Для наглядности ниппель велосипедной покрышки продувается туда, а не назад. Поле тр-р, здесь, чисто для понимания, электронной связи между затвором и стоком-истоком нет, и ток проходит за счет злого поля, создаваемого на затворе.Что-то подобное.

Ответ от Александр Егоров [гуру]
прямой — минус в область с n-проводимостью, плюс в область k с p-проводимостью
наоборот
питая только эмиттер и коллектор, ток не пройдет, потому что ионизированные атомы базы будут отталкивать свободные заряды эмиттера от p-n перехода (который так сложно перепрыгнуть через p-n-переход, потому что он диэлектрик). А если подать напряжение на базу, то она будет «высасывать» из базы свободные заряды и они уже не будут отталкивать заряды эмиттера, не давая им пересечь p-n переход.Транзистор откроется.
Кстати, эмиттер, коллектор и база имеют не полевой, а биполярный транзистор.
Если подать напряжение только на базу и эмиттер или базу и коллектор, то это будет простой диод (каждый p-n переход — диод).

Ответ от Пользователь пользователь [гуру]
полевой транзистор имеет канал p или n типа, управляемый полем. выводы транзистора затвор сток исток

Основные параметры диодов — это прямой ток диода (I пр) и максимальное обратное напряжение диода (U обр).Именно их нужно знать, если стоит задача разработать новый выпрямитель для источника питания.

Диод прямого тока

Прямой ток диода можно легко рассчитать, если известен общий ток, который будет потреблять нагрузку нового блока питания. Затем для обеспечения надежности необходимо немного увеличить это значение и получить ток, на который нужно подобрать диод для выпрямителя. Например, блок питания должен выдерживать ток 800 мА.Поэтому выбираем диод, у которого прямой ток диода равен 1А.

диод обратного напряжения

Максимальное обратное напряжение диода — это параметр, который зависит не только от значения переменного напряжения на входе, но и от типа выпрямителя. Чтобы пояснить это утверждение, рассмотрим следующие цифры. На них показаны все основные схемы выпрямителя.

Рис. один


Рис. 2

На рис. 2 показан двухполупериодный выпрямитель с выходом в средней точке.В нем, как и в предыдущем, диоды нужно выбирать с обратным напряжением, в 3 раза превышающим действующее значение входа.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.