Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 4

Рис. 2.3. Работа p-n перехода в режиме прямого смещения

При таком способе подключения внешний источник служит поставщиком дырок в p-слой и поставщиком электронов в n-слой. Таким образом, концентрация и энергия основных носителей зарядов возрастают в обоих слоях, что приводит к их интенсивной диффузии в противоположные слои и их рекомбинации (эквивалентном соединении с образованием нейтрального атома). При этом на границе соединения формируется обедненный дырками и электронами слой, состоящий, в основном, из положительных (со стороны n-слоя) и отрицательных (со стороны p-слоя) ионов, образуя разность потенциалов, т. е. потенциальный барьер для основных носителей заряда. Этот барьер создает некоторое сопротивление, но недостаточно высокое, чтобы препятствовать протеканию прямого тока I_пр. При увеличении напряжения внешнего источника ширина обедненного слоя и потенциальный барьер снижаются, сопротивление p-n перехода также снижается, что приводит к увеличению прямого тока I_пр.

Если положительный потенциал внешнего источника подключен к катоду, а отрицательный к аноду, то диод работает в режиме обратного смещения p-n перехода. Процессы, протекающие в диоде в этом режиме, отображены на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Работа p-n перехода в режиме обратного смещения

При таком способе подключения внешний источник забирает на себя дырки из p-слоя и электроны из n-слоя. Таким образом, концентрация и энергия основных носителей зарядов снижаются в обоих слоях. При этом ширина обедненного слоя и потенциальный барьер существенно возрастают. Возрастает соответственно и сопротивление p-n перехода. В цепи протекает обратный ток I_обр, который создается неосновными носителями заряда и намного меньше прямого тока I_пр.

Таким образом, диод обладает вентильными свойствами, т. е. пропускает ток только в одном направлении. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода приведена на рис. 2.5. На ней можно выделить следующие характерные области: насыщение, нормальный режим, зона нечувствительности, обратный ток, электрический пробой, тепловой пробой.

пробой

Рис. 2.5. Вольт-амперная характеристика диода

В области насыщения увеличение прямого тока через диод не приводит к изменению падения напряжения на нем. Это напряжение равно напряжению насыщения диода U_нас. У кремниевых диодов

U_нас <1,2 В. Если U_нас >1,2 В, то диод неисправен.

В области нормального режима прямая ветвь ВАХ описывается уравнением

Uпр

                                              I_пр = I_обр           e ^jт -1 ,                               (2.2)

                                                                                              Ł          ł

где U_пр – падение напряжения на прямосмещенном диоде; j_т – температурный потенциал.

Зона нечувствительности обусловлена необходимостью приложить к p-n переходу некоторое напряжение U_нч, необходимое для преодоления потенциального барьера. У кремниевых диодов U_нч » 0,1 В.

В области протекания обратного тока диод закрыт. При повышении обратного напряжения происходит электронный пробой p-n перехода и обратный ток резко возрастает. В этом режиме диод не выходит из строя, если значение обратного тока не достигает критического, при котором наступает тепловой пробой и p-n переход разрушается.

Основными эксплуатационными характеристиками диодов являются: максимальный прямой средний ток I_{пр max} , максимальное обратное напряжение U_{обр max} и максимальная рассеиваемая мощность P_max .

Диоды бывают: выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды и светодиоды (бывают также и специальные диоды туннельный, варикап и т. д.).

Условные обозначения диодов приведены на рис. 2.6.

                                 Анод               Катод                 Анод               Катод