Інтерактивний плакат "Напівпровідникові прилади. Транзистори "

ТЕМА. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

Зміст1. Напівпровідниковий діод.2. Електронно – дірковий p-n перехід .3. Пряме включення діода (р—n – переходу)4. Зворотне включення діода  (р—n – переходу).5. Вольт-Амперна характеристика діода (р—n – переходу).6. Пряма вітка (пряме підключення) Зворотня вітка (зворотне підключення)7. Корпуси діодів.8. Класифікація напівровідникових діодів.9. Умовні позначення напіпровідникових діодів.10. За методом отримання переходу діоди бувають:.11. Точкові.12. Площинні.13. Виготовлення площинних діодів.14. Діод Шотткі.15. За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на:16. Умовні позначення найбільш широко використовуваних типів напівпровідникових діодів .17. Випрямні діоди.18. Застосування випрямних діодів.19. Паралельне з'єднання випрямних діодів..

Зміст20 . Зустрічно – паралельне ввімкнення діодів. 21. Послідовне з'єднання випрямних діодів.22. Виконати тест23. Стабілітрони.24. Вольт –амперна характеристика стабілітрона.25. Параметри стабілітронів.26. Включення стабілітронів.27. Варикапи.28. Параметри варикапів.29. Імпульсні діоди.30. Вирішати ребуси та виконати тест.31. Використання діодів.

Діоди бувають електровакуумні (кенотрони), газонаповнені (газотрони, ігнітрони, стабілітрони коронного і тліючого розряду), напівпровідникові та ін. В даний час в переважній більшості випадків застосовуються напівпровідникові діоди, тому про них і піде мова далі. Напівпровідниковий діод -це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним р - n переходом і двома зовнішніми виводами. Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник. Умовне графічне позначення діода: Напівпровідниковий діод

Електронно – дірковий p-n перехід – це контакт двох напівпровідників з різним типом провідності. Загалом, механізм односторонньої провідності у діодів однаковий, проте для його створення можна використовувати не лише виключно напівпровідники, а й метали, наприклад діод Шотткі який на відміну від звичайних діодів в основі p-n переходу яких  є напівпровідник-напівпровідник, то в діоді Шотткі основу p-n переходу складає метал-напівпровідник. Гетероперехід - контакт між двома різними за хімічною будовою матеріалами, зокрема напівпровідниками. Термін вживається на противагу p-n переходу, в якому існує контакт між двома областями одного матеріалу, але з різними домішками, частка яких дуже маленька, тож вони не змінюють зонної структури матеріалу. Діоди мають полярність, яку визначають як анод (позитивний вивід) та катод (негативний вивід). Найчастіше струм проходить через діод лише за подачі позитивної напруги на анод.

Пряме включення діода (р—n – переходу)Якщо створити поле E, напрямлене від р- до n-типу напівпровідника, опір запірного шару зменшиться і через  р—n перехід починає протікати прямий струм. Опір переходу при такому підключенні знижується, а ширина запірного шару зменшується. При такому підключенні р—n перехід відкритий.

Зворотне включення діода  (р—n – переходу). Якщо створити поле E, напрямлене від n- до p-типу напівпровідника, то напрям електричного поля співпадає з внутрішнім електричним полем. Опір збільшується , запірний шар збільшуєтся.

Вольт-Амперна характеристика діода (р—n – переходу).

Пряма вітка (пряме підключення)А – Пряме електричне поле менше за запираюче та струм що проходить через р—n – перехід незначний. В – З ростом прямої напруги р—n – перехід відкривається. Зворотня вітка (зворотне підключення)D – При зворотньому підключенні потенційний бар’єр для носіїв заряду зростає. Результуючий струм збільшиться але далі буде незмінним, тому що кількість неосновних зарядів обмежена, всі приймають  участь в механізмі переносу струму наступає – “насичення”. Е – При подальшому збільшенні зворотньої напруги призводить до зростання швидкості руху носіїв заряду їх кінетична енергія досягає до величини ударної іонізації атомів р—n переходу при цьому лавиноподібно збільшується кількість електронів і дірок у р—n переході, це обумовлює зростанням струму при незмінній напрузі – лавиноподібний пробій р—n переходу. Має зворотній характер.  Подальше зростання струму веде до розігрівання кристалу, що викликає генерацію додаткових зарядів і наступає тепловий пробій р—n переходу. F – в наслідок пробою р—n перехід руйнується.

Корпуси діодів. Зазвичай це циліндри які можуть бути скляними або пластиковими. Наприклад корпуси  серії DO, як і R. Смужкою позначений катод. Також існують діоди для поверхневого монтажу, так звані SMD діоди. Користуються попитом і  діодні мости з випрямних діодів, які використовуються для випрямлячів.

Класифікація напівровідникових діодів. Напівпровідникові діоди класифікуються:- за конструктивно-технологічними особливостями: площинні, точкові, мікросплавні;- за потужністю: малопотужні, середньої потужності, потужні;- за частотою: низькочастотні, високочастотні, надвисокочастотні;- за призначенням: випрямні діоди, імпульсні діоди, стабілітрони, варикапи, тунельні діоди й ін.;- за типом матеріалу виготовлення: германієві, кремнієві та ін.

За методом отримання переходу бувають: Точкові Площинні діод Шотткі Класифікацію напівпровідникових діодів проводять за наступними ознаками:

Точкові У точковому діоді використовується пластинка германія або кремнію з електропровідністю n-типу (рис. 1, а). Із пластинкою стикається голка з нанесеною на неї акцепторною домішкою, яка дифундує в основний напівпровідник, створюючи область із іншим типом електропровідності. Таким чином, навколо голки утворюється р-n перехід напівсферичної форми дуже малої площі. За рахунок цього точкові діоди можуть працювати на високих частотах, однак, розраховані на невеликий струм (порядку десятків міліампер).

Площинні У яких р-n перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності, причому площа переходу у різних типів діодів лежить в межах від сотих долей квадратного міліметра до декількох десятків квадратних сантиметрів (силові діоди). Рис. 1. Будова діодів: а) точкових; б) площинних

Виготовлення площинних діодів Площинні діоди виготовляються методами сплавлення (вплавлення) або дифузії. У площинних діодах р-n перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності (рис. 1, б). На пластину германія або кремнію n-типу накладається матеріал акцепторної домішки й у вакуумній печі при високій температурі (порядку 500 °С) відбувається дифузія акцепторної домішки в пластину, у результаті чого утворюється область провідності p-типу й p-n перехід великої площини. Більша площина p-n переходу дозволяє пропускати більші прямі струми, однак за рахунок великої бар'єрної ємності площинні діоди працюють тільки на низькій частоті.

Діод Шотткі(названий на честь імені німецького фізика Шотткі Вальтера), також відомий, як «діод з гарячими носіями», є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, як бар'єр Шотткі, (замість p-n переходу як у звичайних діодів

За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на: Випрямні Варикапи Імпульсні Стабілітрони

Умовні позначення найбільш широко використовуваних типів напівпровідникових діодів наведені на рис. 2. Вивід від p-області називається анодом, а вивід від n-області – катодом (рис. 2. а). Рис. 2. Умовні графічні позначення діодів: а) випрямний діод; б) стабілітрон; в) варикап; г) діод Шотткі

Випрямні діоди Випрямний діод – це напівпровідниковий діод, призначений для перетворення змінного струму в постійний. В основі роботи випрямних діодів лежить властивість однобічної провідності р-n переходу, яка полягає в тому, що останній добре проводить струм (має малий опір) при прямому включенні й практично не проводить струм (має дуже високий опір) при зворотному включенні. Основні параметри випрямних напівпровідникових діодів:- прямий струм Iпр, який нормується при певній прямій напрузі (звичайно Uпр = 1…2 В);- максимально припустимий прямий струм Iпр.mах;- максимально припустима зворотна напруга діода Uзв.mах, при якій діод ще може нормально працювати тривалий час (для германієвих діодів вона досягає 100…400 В, а кремнієвих − 1000…1500 В);- постійний зворотній струм Iзв, що протікає через діод при зворотній напрузі, що дорівнює Uзв.mах;- середній випрямлений струм Iср, який може довгостроково проходити через діод при припустимій температурі його нагрівання;- максимально припустима потужність Pmах, що розсіюється діодом, при якій забезпечується задана надійність діода.

Застосування випрямних діодів Випрямні діоди застосовуються для перетворення змінного струму в постійний, використовуються в схемах керування й комутації для обмеження небажаних викидів напруг, у якості елементів електричної розв'язки ланцюгів тощо. У ряді потужних перетворювальних приладів вимоги до середнього значення прямого струму Iср або зворотної напруги Uзв.mах перевищують номінальні значення параметрів існуючих діодів. У цих випадках застосовується паралельне або послідовне з'єднання діодів.

Паралельне з'єднання випрямних діодів Паралельне згідне з'єднання діодів (рис. 3, а) застосовують у тому випадку, коли потрібно одержати прямий струм, що перевищує граничний припустимий струм одного діода. Струм ланцюга при паралельному включенні діодів I = Iпр1 + Iпр2 Рис. 3. (а) Паралельне включення діодів

Зустрічно – паралельне ввімкнення діодів Внаслідок розкиду параметрів навіть однотипних діодів їх прямі гілки ВАХ мають відмінності. Із цієї причини паралельно включені діоди можуть бути навантажені по-різному, у деяких гілках прямий струм може перевищувати граничний струм одного з діодів, а це спровокує тепловий пробій усіх діодів. Для вирівнювання струмів у гілках послідовно з діодами включають зрівняльні резистори з опором в одиниці Ом. Зустрічно-паралельне з'єднання діодів (рис. 3, б) застосовують для двостороннього обмеження вхідного сигналу за рівнем близько 1 В, наприклад, для захисту входу підсилювача з великим коефіцієнтом підсилення. Рис. 3. (б) Зустрічно - паралельне включення діодів

Послідовне з'єднання випрямних діодів Послідовне з'єднання (рис. 4) діодів застосовують для збільшення сумарної припустимої зворотної напруги. Через відмінність зворотних гілок ВАХ зворотна напруга, що прикладена до діодів може розподілятися нерівномірно. До діода, у якого опір зворотного включення більше, буде прикладена й більша напруга, яка може виявитися вище граничного припустимого значення, що приведе до пробою діода й обриву кола. Рис. 4. Послідовне включення діодів

Виконати тест https://wordwall.net/resource/75006740/%D1%821. Яку кількість p – n – переходів має напівпровідниковий діод?А) один. Б) два. В) три2. При прямому включенні p – n – переходу від джерела живлення подається…А) « - » на область р, « + » на область n Б) « + » на область р, « - » на область n. В) прикладена полярність значення немає3. При зворотному включенні p – n – переходу від джерела живлення подається…А) « - » на область р, « + » на область n Б) « + » на область р, « - » на область n. В) прикладена полярність значення немає4. Вкажіть умовне позначення напівпровідникового діоду Г) 5. Які напівпровідникові діоди можуть працювати на більш високих частотах ?А) площинні діодіБ) крапкові діоди. В) робоча частота від типу переходу не залежить6. Які діоди мають більшу ємність p – n – переходу ?А) площинні діодіБ) крапкові діоди. В) ємність від типу переходу не залежить7. Граничною зворотною напругою випрямного діоди називається…А) напруга, при якій не порушується нормальна робота діода. Б) напруга, при якій відбувається електричний пробій p – n – переходу. В) напруга, при якій через діод протікає прямий струм8. Максимальна зворотна напруга випрямного діоду – це…А) напруга, при якій не порушується нормальна робота діода. Б) напруга, при якій відбувається електричний пробій p – n – переходу. В) напруга, при якій через діод протікає прямий струм9. Максимальний зворотний струм діоду – це…А) струм неосновних носіїв, які протікають крізь діод при зворотній напрузіБ) струм основних носіїв, які протікають крізь діод при прямій напрузіВ) струм неосновних носіїв, які протікають крізь діод при прямій напрузі10. В якому випадку використовується паралельне поєднання діодів ?А) при необхідності отримання більшої величини зворотного струму. Б) при необхідності отримання більшої величини зворотної напруги. В) при необхідності отримання прямого струму, який більше граничного струму одного діода  А)Б)В

Стабілітрони Напівпровідниковий стабілітрон (діод Зеннера) – це напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою слабо залежить від струму і який використовується для стабілізації напруги (підтримки незмінного рівня). У напівпровідникових стабілітронах використовується властивість незначної зміни зворотної напруги на р-n переході при електричному пробої. Це пов'язане з тим, що невелике збільшення напруги на р-n переході в режимі електричного пробою викликає більш інтенсивну генерацію носіїв заряду й значне збільшення зворотного струму.

Вольт –амперна характеристика стабілітрона Низьковольтні стабілітрони виготовляють на основі матеріалу з малим опором, в них застосовується явище тунельного електричного пробою. Високовольтні стабілітрони виготовляють на основі матеріалу з високим опором – їх принцип дії пов'язаний з лавинним електричним пробоєм. Оскільки ділянка електричного пробою відповідає прикладеній до p-n переходу зворотній напрузі, то нормальне включення стабілітрона – зворотне й використовується його зворотна гілка ВАХ (рис.5). Пряма гілка ВАХ стабілітрона аналогічна ВАХ випрямного діода. Рис. 5. Вольт-амперна характеристика стабілітрона

Параметри стабілітронів. Основні параметри стабілітронів:- напруга стабілізації Uст (опорна напруга);- мінімальний Iст.mіn і максимальний Iст.mах струми стабілізації;- максимальна припустима потужність Рmах;- диференційний опір на ділянці стабілізації (крутість ВАХ в області електричного пробою) rд. Вибір стабілітрона по довідковій літературі проводиться за напругою стабілізації Uст і струмами Iст.mіn , Iст.mах. Стабілітрони випускаються на цілий ряд значень напруги – від 3,3 до 200 В, із припустимою потужністю розсіювання від часток Вт до 50 Вт. Їх використовують для стабілізації напруг джерел живлення, а також для фіксації рівнів напруг у різних схемах. Стабілітрони допускають послідовне включення (рис. 6, а), при цьому результуюча напруга стабілізації дорівнює сумі напруг стабілітронів: Uст = Uст1 + Uст2.

Включення стабілітронів При необхідності забезпечити стабілізацію двуполярної або змінної напруги стабілітрони включають послідовно зустрічно (рис. 6, б). Сумарна ВАХ кола в цьому випадку симетрична відносно початку координат. На цьому принципі випускаються двосторонні стабілітрони (рис. 6, в). Рис. 6. Включення стабілітронів Паралельне з'єднання стабілітронів неприпустиме, тому що через розкид характеристик і параметрів із усіх паралельно з'єднаних стабілітронів струм буде протікати тільки в тому, який має найменшу опорну напругу Uст, що спричинить перегрів стабілітрона й подальший його вихід з ладу.

Варикапи У закритому стані p-n перехід має високий опір і виконує роль діелектрика. По обидві його сторони розташовано два різнойменні об'ємні заряди +qзв і –qзв, створені іонізованими атомами донорної та акцепторної домішок, внаслідок чого p-n перехід має ємність. Цю ємність називають бар'єрною ємністю. Варикап – це напівпровідниковий діод, у якому застосовується залежність бар'єрної ємності від величини зворотної напруги і призначений для застосування як елемента з електрично керованою ємністю. Ця залежність описується вольт фарадною характеристикою (рис. 7). Рис. 7. Вольт-фарадна характеристика варикапа

Параметри варикапів Основні параметри варикапів:- номінальна ємність Св – ємність при заданій зворотній напрузі;- коефіцієнт перекриття по ємності – відношення ємностей варикапа при двох заданих значеннях зворотних напруг k. C = Cmax + / + Cmin. Варикапи широко застосовуються в різних схемах для регулювання частоти коливального LC-котура, у параметричних підсилювачах.

Імпульсні діоди Імпульсний діод — різновид напівпровідникових діодів, призначених для роботи в швидкодіючих імпульсних схемах. Імпульсний діод має малу бар'єрну ємність та малий час відновлення зворотного опору. Бар'єрна ємність – ємність p-n переходу напівпровідникової структури. Імпульсні діоди призначені для використання як ключові елементи в імпульсних схемах. На рисунку наведена найпростіша схема діодного ключа, який працює на активне навантаження.

Вирішати ребуси та виконати тестhttps://vseosvita.ua/test/napivprovidnykovyi-diod-vydy-napivprovidnykovykh-diodiv-4552978.html

Використання діодів Діоди широко використовуються в електротехніці, електроніці та радіотехніці. Використовуються при демодуляції амплітудно-модульованого радіосигналу, тобто виділення низькочастотної складової з високочастотного сигналу. Також використовуються для вимірювання температури, оскільки падіння напруги на діоді (при прямому включенні) залежить від температури. Інше використання — у клавіатурі електронних музичних інструментів. Діоди застосовуються також для захисту різних пристроїв від неправильної полярності включення і т. п.