Вторая группа приборов – специальные типы полупроводниковых приборов. К ним относятся варикапы, магнитодиоды, лазеры и датчики Холла, которые применяются в различных устройствах железнодорожной электроники. Третья группа полупроводниковых приборов – стабилитроны и стабисторы предназначены для стабилизации преимущественно постоянных напряжений сравнительно небольших мощностей. Они же применяются для защиты полупроводниковых приборов от перенапряжений. Четвертая группа – транзисторы, так же как диоды, являются наиболее широко применяющимися приборами, которые позволяют реализовывать самые различные электронные схемы, как маломощные информационные, так и силовые – до мощностей не превышающих нескольких сотен ватт. Для преобразования бóльших мощностей, электрической энергии используется пятая группа приборов – тиристоры. Интегральные микросхемы (ИМС), представляющие 6 группу полупроводниковых приборов, являются элементами, наиболее перспективными для применения в различных областях промышленности, связи и транспорта. За последнее десятилетие осуществляется замена электронных схем, реализованных на дискретных элементах: транзисторах, диодах, резисторах и конденсаторах, на устройства с применением ИМС.
2 ВОПРОС1.1. Диоды с p-n переходом
Полупроводниковый диод – это элемент, имеющий два вывода, которые называются анод и катод. Функциональным назначением диода является пропускание электрического тока при приложении к нему прямой полярности напряжения (включенное состояние диода) и обеспечение запертого (выключенного) состояния при приложении обратной полярности напряжения. Это свойство односторонней электрической проводимости требуется во многих электронных схемах самого различного назначения. В частности, они являются основным элементом выпрямителей переменного напряжения, применяются в импульсных электронных схемах для переключения тока и напряжения, используются в аналоговых линейных и нелинейных устройствах усиления электрических сигналов и др. Все полупроводниковые диоды можно условно разделить на две основные группы: выпрямительные и специальные.
Свойство односторонней электрической проводимости диода обеспечивается благодаря использованию специальных полупроводниковых кристаллов, обладающих специфическими свойствами. В соответствие со схемой рис.1.1 рассмотрим диоды с p-n переходом и диоды Шоттки, принцип действия которых существенно отличаются друг от друга.
Практические свойства односторонней проводимости диода с p-n переходом могут быть иллюстрированы его статической вольтамперной характеристикой (ВАХ), которая изображена на рис.1.2. Там же приведено условное изображение диода с обозначением его выводов.
ВАХ диода имеет две функционально различные области. Первая из них – область прямой проводимости, соответствует включенному состоянию диода, когда через него протекает прямой ток. В этом случае полярность напряжения, прикладываемая к нему, соответствует той, которая показана на условном обозначении диода. Другая – область обратной проводимости, соответствует выключенному (непроводящему) состоянию диода и полярность напряжения на его выводах будет обратной.
Рис.1.2. Статическая вольтамперная характеристика диода
Рассмотрим область прямой проводимости ВАХ диода.
Так как объём полупроводника обладает определенным сопротивлением Rпп, то при протекании по нему прямого тока на нем образуется падение напряжения. С учетом этого область прямой проводимости описывается уравнением
(1.1)
Как показано на графике рис.1.6, при протекании по диоду прямого тока Iпр падение напряжения на нем равно Uпр. Для кремниевых диодов усредненное значение прямого падения напряжения реально лежит в пределах от 0,6 до 1 В.
Выражение (1.1) представляет собой нелинейную функцию, математические операции с которой при расчете электронных схем представляют значительные трудности. Поэтому, обычно, ВАХ области прямой проводимости диода представляется упрощенной эквивалентной схемой, показанной на рис.1.7,а, а соответствующая ей ВАХ приведена на рис.1.3.
Здесь дифференциальное сопротивление диода в области прямой проводимости равно
(1.2)
и наравне с напряжением Uд0 является важным параметром диода, определяющим потери мощности при протекании по нему прямого тока.
Рис.1.3. Эквивалентная схема диода (а) и её ВАХ (б)
Рассмотрим область обратной проводимости ВАХ диода. Она характеризуется тем, что при приложении к нему обратного напряжения |Uд| < Uпроб, обратный ток через него увеличивается линейно и при |U| = Uобр этот ток: |Iд| = Iобр. Здесь Uпроб – напряжение пробоя, при котором ток через диод лавинообразно увеличивается и затем происходит необратимый отказ диода. Поэтому величина обратного напряжения Uобр, которое может прикладываться к диоду должно удовлетворять неравенству Uобр < Uпроб, что показано на ВАХ рис.1.2.
Параметры полупроводникового диода существенно зависят от температуры
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
