Полупроводниковые диоды Весна 2016 Лекция 2 Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Лекция 2 Полупроводниковые диоды Типы диодов, принципы работы, параметры и характеристики То, что мы знаем, — ограниченно, а то, чего мы не знаем, — бесконечно. Лаплас ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 1

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Принцип работы полупроводникового диода к а Распределение объемных зарядов p-n-перехода при отсутствии внешнего напряжения ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 2

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Принцип работы полупроводникового диода Процессы в p-n-переходе диода: а) – при прямом напряжении, б) – при обратном напряжении ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 3

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Тепловой ток где I 0 - значение теплового тока при комнатной температуре Т 0 = 300 К; ΔТ значение приращения температуры, соответствующее удвоению значения теплового тока. Значение ΔТ зависит от материала полупроводника и составляет примерно 10 К для германия и 7 К для кремния. ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 4

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода I=I 0[exp(Uд/φт) -1] где Uд - напряжение на p-n-переходе; φт = к. Т/q - тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов φк на границе p-n-перехода при отсутствии внешнего напряжения (при Т=300 К, φт =0. 025 В); к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона. ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 5

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Вольт-амперные характеристики идеального диода Iпр Uобр Iобр реального диода Iпр Uобр Uпроб 0 A B Iобр ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 Uпр 6

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Обратная ветвь характеристики Iобр =I 0 +Iген +Iут. Iут – ток утечки Iген – ток генерации для германия Iген/I 0 <<1. для кремния Iген/I 0 = 1000 ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 7

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Прямая ветвь Iпр Ge 0 Si Uпр Iобр RБ>>RЭ UБЭ = UД- IRБ. U = φТ ln(I/IОБР) + IRБ. При I>>IОБР - линейная зависимость U= IRБ ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 8

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Зависимость ВАХ от температуры ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 9

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Дифференциальное сопротивление диода r. Д = d. U/d. I = ΔU/ΔI = (m. U /m. I)ctg I IА A α 0 ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 β UА U 10

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Статическое сопротивление диода Rст=UA/IA=(m. U/m. I)ctg. I IА A α 0 ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 β UА U 11

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Емкости диода СД=Сдиф + Сзар+Ск Сдиф =ΔQ/ΔU - диффузионная емкость При прямом напряжении Сд = Сдиф + Ск При обратном напряжении Сд = Сзар + Ск ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 12

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсный режим работы диода ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 13

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Виды диодов Выпрямительные диоды ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 14

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Основные параметры выпрямительных диодов Постоянное прямое напряжение Uпр (постоянное напряжение на диоде при заданном постоянном прямом токе). Постоянное обратное напряжение Uобр (постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 15

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Основные параметры выпрямительных диодов Постоянный прямой ток Iпр (постоянный ток, протекающий через диод в прямом направлении). Постоянный обратный ток Iобр (постоянный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 16

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Основные параметры выпрямительных диодов Средний прямой ток Iпр. ср. (среднее за период значение прямого тока диода). Средний выпрямленный ток Iвп. ср. (среднее за период значение прямого и обратного токов) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 17

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Предельно допустимые параметры: Максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр. max Максимально допустимый прямой ток Iпр. max Максимально допустимая средняя мощность рассеивания Pср. max ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 18

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Классификация диодов по допустимой мощности рассеивания Малой мощности - Iпр до 0. 5 А Средней мощности - Iпр 1 -5 А Большой мощности - Iпр 5 - 10 А ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 19

Полупроводниковые диоды Типы корпусов ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 Весна 2016 20

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Выпрямительные диоды Устройство германиевого выпрямительного диода 1 – корпус 2 – кристалл Ge 3 – p-n переход 4 – стеклянный изолятор 5 – кристаллодержатель 6 - выводы ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 21

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Выпрямительные диоды Пример ВАХ выпрямительного диода ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 22

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Высокочастотные диоды Применяются для выпрямления токов в широком диапазоне частот, для модуляции, детектирования сигналов и других нелинейных преобразований. ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 23

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Высокочастотные диоды Основные параметры: Iпр - Постоянный прямой ток при прямом напряжении 1 В; Δt- Диапазон рабочих температур; Iпр. max - Максимально допустимый прямой ток; СД- Общая емкость диода; IОБР - Максимально допустимый обратный ток; UОБР max- Максимально допустимое постоянное обратное напряжение fmax- Максимальная рабочая частота ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 24

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Основные параметры - Импульсное прямое напряжение диода Uпр. и - наибольшее мгновенное значение прямого напряжения, обусловленное импульсным прямым током диода заданной величины; - Импульсное обратное напряжение диода Uобр. и - мгновенное значение обратного напряжения диода - Импульсный прямой ток Iпр. и Наибольшее мгновенное значение прямого тока диода. ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 25

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Основные параметры - Общая емкость диода СД - значение емкости между выводами диода при заданном режиме; t. ВОС. ПР - Время прямого восстановления диода. – время, в течении которого происходит включение диода t. ВОС. ОБР - Время обратного восстановления диода - время переключения диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение. ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 26

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Примеры характеристик ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 27

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Примеры характеристик ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 28

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Примеры характеристик ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 29

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Импульсные диоды Устройство германиевого импульсного диода 1 - кристалл Ge 2 – вольфрамовая игла 3 – стеклянный корпус ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 4 - выводы 30

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Диоды Шоттки 1 - Низкоомный n-слой 2 - Высокоомный n-слой 3 - Запирающий слой 4 - Металлический контакт ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 31

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Варикап CU – емкость диода при обратном напряжении U C 0 – емкость диода при нулевом обратном напряжении K – контактный потенциал n – коэффициент, зависящий от типа варикапа ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 32

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Основные параметры варикапов Общая емкость варикапа СВ (емкость варикапа при заданном обратном напряжении) Коэффициент перекрытия по емкости КС=СВMAX/CBMIN (отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения) Добротность QB (отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 33

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Пример вольт-фарадной характеристики варикапа (Д 902) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 34

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Пример характеристики добротности варикапа (Д 902) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 35

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 36

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Зенеровский пробой Uст < 5 В Лавинный пробой Uст > 5 В ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 37

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Основные параметры Номинальное напряжение стабилизации Ucт Напряжение на стабилитроне при протекании номинального тока Ток стабилизации Iст Ток, протекающий через стабилитрон в области стабилизации ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 38

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Основные параметры Дифференциальное сопротивление стабилитрона rдиф ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 39

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Основные параметры Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 40

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Предельно допустимые параметры Максимально допустимый ток стабилизации Iст. max Минимально допустимый ток стабилизации Iст. min Максимально допустимый прямой ток Iпр. max Максимально допустимая мощность рассеивания Pmax ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 41

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Примеры характеристик ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 42

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Примеры характеристик ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 43

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабилитроны Примеры характеристик Пример ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 44

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабисторы I пр I ст max U обр. max I ст min U пр I обр ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 U ст 45

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Стабисторы R + Uвх Uст Rн - ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 46

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Ограничительные диоды - супрессоры ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 47

Полупроводниковые диоды P имп. max Основные параметры ограничительных диодов t вкл. I обр. max Весна 2016 U обр. max U откр I откр U огр. имп. I пр. имп. max U пр. имп. max K огр = U огр. имп. max/ U откр ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 48

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Пример схемы включения ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 49

Полупроводниковые диоды Весна 2016 Пример работы ограничителя U UВХ UВЫХ UОГР t ХНУРЭ Факультет КИУ Кафедра ЭВМ тел. 70 -21 -354 50

Домашнее задание • Привести примеры современных диодов рассмотренных типов, их параметры и характеристики Круглое невежество — не самое большое зло: накопление плохо усвоенных знаний еще хуже. Платон