Полупроводниковые диоды. Принцип работы диодов. Эквивалентная схема. Параметры выпрямительных диодов

Страницы работы

6 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Полупроводниковые  диоды.

Полупроводниковым  диодом – называется  п/п  диод  с  одним  P N  переходом  и  двумя  выводами.

Выпрямительные  диоды  являются  плоскостными. Площадь  перехода  определяется  расчетным  значением  выпрямленного  тока.

На  (рис ) приведены  ВАХ  германивого  Д 7 В ( а )  и  кремневого  Д 208 ( б )  выпрямительных  диодов  малой  мощности  температуре  комнатной  и  максимально  допустимой  температуре  окружающей  среды

Наиболее  существенно  отличаются  обратные  ветви  приведенных  характиристик это  различие  проявляется  в  характере  зависимости  как   I обр  от  U обр  от U обр , так  и  особенно  сильно  от  температуры. Обратные  ветви  указанных  характиристик  отличаются  также  от  характиристик  идеального  P N – перехода . Выясним  причины  этих  различий. Рассматривая  P N  - переход  при  обратном  включении  мы  считали  I обр = I т , который  не  зависит  от  обратного  напряжения  следовательно  ВАХ  параллельно  горизонтали  оси. В  реальном  P N – переходе  при  U обр  кроме  I т  протикает  еще  ток  термогенерации  и  утечки  (  Iу ).

Причины  возникновения  I т – образуется  за  счет  наличия  носителей  заряда  P   и   N  обл.

Ток  термогенерации  возникновения  носителей  зарядов  в  самом  P N – переходе. Внутри  P N- перехода  при  комнатной  температуре  имеет  место  ионизации  атомов , в  результате  которых  образуется  небольшое  количество  свободных  электронов  и  дырок . В  электрическом  поле  переход , дырки  перебрасываются  в  P – область , электроны  в  N – область . Увеличивая  I обр  диода , с повышением   U обр  ширина  PN – перехода  возрастает  и  ток  термогенерации  возрастает.

Принцип  работы  диодов  основан  на  принципе  односторонней  проводимости  PN-перехода.

В зависимости  от  типа  PN –перехода  различают  плоскостные  и  точечные  диоды,  по  функциональному  назначению , диоды  подразделяются  на : выпрямительные , инверсные , импульсные , детекторные , туннельные , стабилитроны , варикапы , фотодиоды , светодиоды  и  тд. Все  диоды  используют  несимметричные  PN- переходы.

Принцип  работы  и  основные  свойства  выпрямительных  диодов  можно  оценить  с  помощью  ВАХ.

Известно , что  исходным  для  диода  является  Ge  и  Si , различие  этих  диодов  видно  из  ВАХ , следует  помнить , что  величина  потенциального  барьера

N ( Ge ) = 0,3 – 0,4 B

N ( Si ) = 0,7 – 0,8 B

Ток  утечки  ( I у ) протекает  по  поверхности  кристалла  под  действием   U обр  и  зависит  от  наличия  молекулярных  или  ионных  пленок , шунтирующих  переход. С  возрастанием  U обр 

I у  возрастает . От  температуры  I у  практически  не  зависит.

I обр = I т  + I г  + Iу

Т.к . I г ,  I у   зависят  от  U обр  суммарный  ток  зависит  от  приложенного  к  нему   U обр. Соотношение  между  составляющей  I у  обр  у  Ge   и   Si  диодов  различно . У  Ge  диодов  при  комнатной  температуре  I т   >> I г   + I у  характеристика   I обр  вначале  имеет  изгиб. При  повышении  температуры  I обр  сильно  возрастает , при  повышении  температуры  от  20  до  70 градусов   I обр     Ge  возрастает  в  30  раз . У  Si  диодов  наоборот.

Относительно  слабая  зависимость  I обр  у  Si  диода  объясняется  тем , что  часть  обратного  тока  состав  не  зависящий  от  температуры  ток  утечки.

Из  характеристик  видно , что  при  комнатной  температуре  электрический  пробой  у  германевого  диода  поступает  при  U обр = 150 В , у  кремневого  диода  при  U обр = 300 В .

C  повышением  температуры  напряжение  пробоя  у  германия  уменьшается , у  кремния  напряжение  возрастает  следовательно  кремневые  диоды  могут  работать  с  большим  обратным  напряжением  и  с  меньшим  обратным  током . Прямой  ток  при  повышении  также  возрастает .

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ  СХЕМА .

R – небольшое  суммарное  сопротивление   P N  области .

R n – сопротивление  PN  перехода .

C n – емкость  перехода .

При  прямом  включении  R пр = U пр / I пр , выпрямительного  диода  малой  мощности  имеет  порядок  едениц – десятков  Ом . При  обратном  включении  R обр = U обр / I обр . Соотношение 

R обр > > R пр , выпрямительный  элемент . При  первых  положительных  полуволновых  синусоидальных  напряжений  U тр  на  вторичной  обмотке  трансформатора  ( + св )  I пр  протекающий  через  диод  создает  падение  напряжения  на  нагрузке  и  зарядит  конденсатор  Uc = U н  R пр  мало. При  отрицательных  полуволнах  U тр  диод  находится  под 

U обр   = Uтр  + Uп   и  ток  через  него  протекает .В  это  время  конденсатор  частично  разряжается  на  сопротивление  нагрузки , поддерживая  на  нем  напряжение  близкое  к  Um тр. Конденсатор  будет  подзаряжаться  в  течении  времени  t1, t2… пока  выполняется  соотношение  U тр  > U н  и диод  находятся  под  прямым  напряжением  U пр  = Uтр   - Uн.

ПАРАМЕТРЫ  ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ  ДИОДОВ.

1.  Динамическое  или  дифференциальное  сопротивление  определяется  по ВАХ

Ri = U2 – U1 / I2-I1

Ri  пр  как  правило  лежит  в  пределах  от 5 – 20  Ом

Ri    = ∆Uобр  /∆Iобр

2.  Статистическое  сопротивление 

R = Uпр  / I пр

3. Коэффициент  выпрямления  К выпр = Iпр   / Iобр    = R обр   /Rпр

Опр при  U =+_ 1B.

4. Обратное  максимально  допустимое  напряжение . Напряжение  при  котором  еще  не  поступает  электрический  пробой .

Uобр мак = 0,8 U проб

5. Крутизна  S = ∆ Iпр  / ∆ Uпр = [ м А / В ] – показывает  эффективность  управления  диодом  мак.

6. Максимальная  рассеивающая  мощность 

P max = t n max – t /R t k   [Вт]

Токи  протекающие  через  диод  разогревают   PN переход  температура  PN перехода  растет  соответственно  растут  токи  Iпр  и   Iобр.

R tnk – сопротивление  переход – корпус

R tk – сопротивление  между  корпусом  и  окружающей  средой.

СХЕМЫ  ВКЛЮЧЕНИЯ  ДИОДОВ.

1.  Последовательное  включение  диодов  оно  возникает  в  том  случае  когда  выпрямительное  напряжение  по  своей  амплитуде  превышает  максимально  допустимое  обратное  напряжение.

Например : Uобр мак = 300 В

Uвыпр = 800 В

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
64 Kb
Скачали:
0