Физические основы работы полупроводниковых приборов, страница 8

По типу применяемого исходного материала собственного полупроводника выпрямительные диоды подразделяются на германиевые и кремниевые. Наибольшее распространение получили кремниевые диоды. В кремниевых выпрямительных диодах обратные токи I_обр на несколько порядков меньше, а допустимое обратное напряжение U_обр существенно выше, чем у германиевых (у кремниевых диодов до 2000 В, у германиевых до 400 В).

Рабочие диапазоны температур кремниевых диодов находятся в пределах – 60⁰ ÷ + 125⁰С, германиевых – 60⁰ ÷ + 85⁰С. Невысокий верхний предел рабочих температур германия обусловлен тем, что при Т > 85⁰С тепловая генерация носителей заряда становится настолько высокой, что происходит резкое возрастание обратного тока и эффект выпрямления практически исчезает. Однако несмотря на перечисленные преимущества кремниевых диодов, германиевые диоды целесообразнее применять в выпрямительных устройствах низкого напряжения. У германиевых диодов прямая ветвь вольт-амперной характеристики значительно круче, чем у кремниевых, в результате при одинаковом токе нагрузки значение сопротивления германиевых диодов в прямом направлении будет в полтора-два раза меньше, чем у кремниевых.Следовательно, и потери мощности, рассеиваемой в германиевом диоде, будут в полтора-два раза меньше, чем у кремниевых.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

 прямое напряжение U_пр, которое нормируется при определенном прямом токе;

 максимально допустимый прямой ток диода I_{пр макс}, значение которого ограничивается максимальной мощностью Р_макс, рассеиваемой диодом и определяющей его разогрев;

максимально допустимое обратное напряжение диода U_{обр макс}, превышение которого ведет к пробою р-n-перехода;

обратный ток диода I_обр, который нормируется при определенном обратном напряжении;

 максимальная частота переменного тока f_макс , подводимого к диоду, при превышении которой диод теряет свои выпрямительные свойства.

Максимально допустимые параметры диода снижаются при повышении температуры.

Сопоставление параметров различных типов выпрямительных диодов дано в Приложении 2.

2.4 Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения.

Действие полупроводниковых стабилизаторов основано использовании лавинного пробоя р-n-перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока при незначительном изменении обратного напряжения. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в электрических цепях. Лавинный пробой характерен для стабилитронов, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны. Исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Кремний обладает малым тепловым током I₀ и устойчивыми характеристиками в широком диапазоне температур.

Для работы в стабилитронах используется крутой участок вольт-амперной характеристики обратного стабилитрона (участок АВ рис.2.6), в пределах которого резкие изменения обратного тока сопровождаются весьма малыми изменениями обратного напряжения.

Вольт-амперная характеристика и схема включения стабилитрона

Рисунок 2.6

Состояние лавинного пробоя не ведет к тепловому пробою p-n-перехода диода, а является его нормальным рабочим состоянием. Участок вольт-амперной характеристики от I_{ст мин}  до I_{ст макс} используется для стабилизации напряжения в электрических цепях.

На рис. 2.6 изображена схема стабилизации постоянного напряжения на нагрузке R_н с использованием стабилитрона. С увеличением, например, входного напряжения возрастут ток I в общей цепи и ток через стабилитрон I_ст. Увеличивается падение напряжения на балластном резисторе R_б. Напряжение на стабилитроне U_ст и на нагрузке R_н  останется практически неизменным.

Основными параметрами, которыми характеризуется стабилитрон, являются:

напряжение стабилизации U_{ст н} – падение напряжения на стабилитроне при номинальном значении тока стабилитрона I_{ст н} (величина U_{ст н} зависит от положения рабочей точки 0 стабилитрона);

максимальный  I_{ст макс} и минимальный I_{ст мин} токи стабилизации, определяющие рабочую область вольт-амперной характеристики стабилитрона;