Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, состоящий из p-n перехода и двух выводов (омических контактов) для включения во внешнюю электрическую цепь. Вывод, соединенный с p-областью, называется анодом, другой – катодом. При этом, прямому (пропускному) направлению диода соответствуетположительная полярность внешнего напряжения на аноде (рисунок 5).

Рисунок 5. Полупроводниковый диод и его вольтамперная характеристика

Вид вольтамперной характеристики (ВАХ) в теории полупроводниковых приборов определяется плотностями носителей тока в соответствующих слоях р-п перехода, и в инженерной практике для комнатных условий выражение ВАХ с приемлемой точностью может быть записано в следующей упрощенной форме:

где I_{о -} небольшой обратный ток при обратном смещении, т.н. дрейфовый ток неосновных носителей (несколько микроампер для маломощных приборов).

Из рисунка 5 видно, что при прямом смещении U_пр диод открыт для протекания прямого тока, а при обратном U_обр – практически закрыт (обратный ток пренебрежимо мал), что широко используется в выпрямителях переменного тока в постоянный, где в нагрузку пропускается только положительная полярность синусоидального тока.

На практике щироко используется идеализированная ВАХ (рис.6,а), ключевого диода, в котором сопротивлением r в прямом смещении пренебрегают (r ≈ 0), а сопротивление R в обратном смещении считают бесконечно большим(r ≈ ∞ ). Такая упрощенная модель удобна при больших напряжениях U по сравнению с φ_к.

Отметим, что ВАХ кремниевых и германиевых диодов существенно различаются (рисунок 6, так как в р-п переходе германия примерно в 1000 раз большие плотности токов утечки по сравнению с кремнием. Поэтому кремниевые диоды в основном применяются в высоковольтной аппаратуре (выпрямителях), а германиевые – в низковольтной радиотехнической аппаратуре (для детектирования ВЧ колебаний).

Важным параметром диода является т.н. дифференциальное (динамическое) сопротивление диода , которое на практике определяют по наклону касательной в соответствующей точке ВАХ, а для приближенных расчетов пользуются зависимостью:

Отметим также, что при больших обратных напряжениях в обратной ветви ВАХ наблюдается диэлектрический пробой p-n перехода (рис.6,б).

Рисунок 6. Идеализированная (а) и реальные (б) вольтамперные характеристики диодов

В первой лекции отмечалась сильная зависимость полупроводниковых МЭТ от различных физических факторов (температуры, освещенности, эл.поля, давления и т.д.), что обусловливает наличие огромной номенклатуры полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, фотодиодов, варисторов, тиристоров и т.д). использующих указанные физические факторы.

В следующей лекции дадим краткий обзор этих приборов.

Подробная информация по теме лекций дается в нижеуказанном учебном пособии.

Тихонов А. И. Информационно-измерительная техника и электроника: учеб. пособие по курсу лекций / А. И. Тихонов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 312 с. [ В библ.173 экз.].

Дата добавления: 2015-07-07