Ценерови диоди и стабистори Ценеровите диоди и стабистори са полупроводникови устройства, предназначени да стабилизират напрежението. Работата на ценеровия диод се основава на използването на феномена на електрически пробив на p-n прехода, когато диодът е включен в обратна посока. Работата на стабисторите се основава на използването на слаба зависимост на директния клон на характеристиката ток-напрежение на диода и тока, протичащ през него. CVC на ценеров диод в права посока е практически същият като предния клон на всеки силициев диод. Неговият обратен клон има формата на линия, минаваща почти успоредно на текущата ос. Следователно, когато токът се променя в широк диапазон, спадът на напрежението в устройството практически не се променя. Това свойство на силициевите диоди им позволява да се използват като стабилизатори на напрежението. UGO ценеров диод.
Основните параметри на ценеровия диод Основните параметри на ценеровия диод: номинално стабилизиращо напрежение U st.nom - спад на напрежението върху диода при номиналния стабилизиращ ток I st.nom; допустимо отклонение на напрежението на ценеровия диод от номиналната стойност U st; минимален стабилизиращ ток I st.min; максимален стабилизиращ ток I st.max. Ако се превиши, започва топлинен разпад; минимално стабилизиращо напрежение U st.min; максимално стабилизиращо напрежение U st.max; диференциално съпротивление на ценеровия диод r d \u003d (U st.max - U st.min) / (I st.max - I st.min);
Основните параметри на ценеровия диод са температурният коефициент на стабилизиращото напрежение (TKH) - съотношението на относителната промяна на стабилизиращото напрежение към абсолютната промяна на температурата околен свят: TKН = U st / (U st.nom *T); максимална разсейвана мощност P max.
LED Светодиодът се нарича лъчист полупроводниково устройство, предназначен за директно преобразуване електрическа енергияв светлината. При подаване на директно напрежение към p–n прехода се наблюдава интензивно инжектиране на основните носители на заряд и тяхната рекомбинация, при което носителите на заряд изчезват. За много полупроводници рекомбинацията е неизлъчваща по природа - енергията, освободена по време на рекомбинацията, се отдава на кристалната решетка и се превръща в топлина. Въпреки това, в полупроводници на основата на силициев карбид (SiC), галий (Ga), арсен (As) и някои други материали, рекомбинацията е енергията на радиационната рекомбинация, освободена под формата на кванти на фотонно излъчване.
Параметри на светодиода Основни параметри: постоянно постоянно напрежение U pr при максимално допустим прав ток I pr.max ; максимално допустимият постоянен ток I пр.max ; яркост на светене В диода при максимален допустим прав ток I pr.max; пълна мощнострадиация P общо при постоянен постоянен ток с определена стойност; ширината на диаграмата на светлинното излъчване.
Характеристики на светодиодите Основните характеристики на светодиода са спектрални и насочени характеристики. Спектралните характеристики определят зависимостта на относителната яркост на лъчението от дължината на излъчваната вълна при определена температура. Характеристиката на насоченост определя стойността на относителния интензитет на светлинното излъчване в зависимост от посоката на излъчването.
Фотодиод Фотодиодът е приемник на фотоволтаично излъчване без вътрешно усилване, чийто фоточувствителен елемент съдържа p-n преходна структура. При осветяване на p-n-прехода на фотодиод, включен в обратната посока, допълнителният брой електрони и дупки се увеличава. Броят на малцинствените носители на заряд, които преминават през кръстовището, се увеличава. Това води до увеличаване на тока във веригата. Режимът на работа на фотодиод с външен източник на захранване се нарича фотодиод, а без външен източник - вентил. В повечето случаи диодът е включен в обратна посока.
Основните характеристики на фотодиода Волт-амперна характеристика I d = f (U) при Ф = const определя зависимостта на тока на фотодиода от напрежението върху него при постоянна стойност на светлинния поток. При пълно потъмняване (Ф = 0) през фотодиода протича тъмен ток I tm. С увеличаването на светлинния поток се увеличава токът на фотодиода. Светлинната характеристика изобразява зависимостта на тока на фотодиода от величината на светлинния поток при постоянно напрежение на фотодиода: I d \u003d f (F) при U d \u003d const. В широк диапазон от промени в светлинния поток светлинната характеристика на фотодиода се оказва линейна. Спектралната характеристика показва зависимостта на спектралната чувствителност от дължината на вълната на падащата върху фотодиода светлина.
Основните параметри на фотодиода Основните параметри на фотодиодите: съотношение на интегралната чувствителност K на фототока на диода към интензитета на падащия светлинен поток от стандартен източник (волфрамова лампа с нажежаема жичка с цветна температура на нишката 2854 K); работно напрежение U p напрежение, приложено към устройството в режим на фотодиод. temp current I gm ток, протичащ в диодната верига при работно напрежение и при липса на осветление. издръжливост T D минимален експлоатационен живот при нормални условия на работа.
Приложение на фотодиодите Основни приложения: компютърни входни и изходни устройства; фотометрия; управление на източници на светлина; измерване на интензитета на осветеност, прозрачност на околната среда; автоматично регулиране и контрол на температурата и други параметри, чиято промяна е придружена от промяна в оптичните свойства на веществото или средата.
Диод на Шотки Диодът на Шотки е полупроводников диод, направен на базата на контакт метал-полупроводник. Помислете за работата на контакт метал-полупроводник. Процесите при такъв контакт зависят от работата на изхода на електроните. тоест от енергията, която един електрон трябва да изразходва, за да напусне метала или полупроводника. Нека A m 
Диод на Шотки Доминира излизането на електрони от метала към полупроводника. Основните носители на заряд (електрони) се натрупват в полупроводниковия слой и този слой се обогатява. Съпротивлението на такъв слой е малко при всяко захранващо напрежение. Нека A m > A n. "> A n."> " title="(!LANG: диод на Шотки Изходът на електроните от метала към полупроводника доминира. Основните носители на заряд (електрони) се натрупват в полупроводниковия слой и този слой се обогатява. Съпротивлението на такъв слой е ниско при всяко захранващо напрежение Нека A m >"> title="Диод на Шотки Доминира излизането на електрони от метала към полупроводника. Основните носители на заряд (електрони) се натрупват в полупроводниковия слой и този слой се обогатява. Съпротивлението на такъв слой е малко при всяко захранващо напрежение. Нека A m >"> !}
Диод на Шотки Електроните напускат полупроводника и в граничния слой се образува област, изчерпана от основните носители на заряд и следователно имаща голямо съпротивление. Създава се потенциална бариера, чиято височина зависи основно от полярността на приложеното напрежение. Този преход има коригиращи свойства. Този преход е изследван от немския учен Валтер Шотки и е кръстен на него. Диодите, базирани на този преход, имат следните предимства в сравнение с диодите, базирани на p-n прехода: висока скорост, тъй като в метала, където електроните идват от полупроводника, няма процеси на натрупване и поглъщане на заряди на незначителни носители; малка стойност на прякото падане на напрежението (около 0,2 - 0,4V), което се обяснява с незначителното съпротивление на контакта метал-полупроводник.
слайд 2
Диод - електровакуумни или полупроводникови устройства, които преминават променливо електричествосамо в една посока и имат два контакта за включване в електрическа верига.
слайд 3
Диодът има два извода, наречени анод и катод. Когато диодът е свързан към електрическа верига, токът протича от анода към катода. Способността да провежда ток само в една посока е основното свойство на диода. Диодите принадлежат към класа на полупроводниците и се считат за активни електронни компоненти (резисторите и кондензаторите са пасивни).
слайд 4
Едностранната проводимост на диода е основното му свойство. Това свойство определя предназначението на диода: – преобразуване на високочестотни модулирани трептения в звукови честотни токове (детекция); – Свойства на диода за изправяне на AC към DC
слайд 5
Класификация на диодите Според изходния полупроводников материал диодите се разделят на четири групи: германий, силиций, галиев арсенид и индиев фосфид. Германиевите диоди се използват широко в транзисторни приемници, тъй като имат по-висок коефициент на предаване от силициевите диоди. Това се дължи на по-голямата им проводимост при ниско напрежение (около 0,1…0,2 V) на високочестотен сигнал на входа на детектора и относително ниско съпротивление на натоварване (5…30 kOhm). Полупроводникови диоди
слайд 6
Според конструктивните и технологичните характеристики диодите биват точкови и планарни. Според предназначението си полупроводниковите диоди се разделят на следните основни групи: токоизправителни, универсални, импулсни, варикапови, ценерови диоди (референтни диоди), стабисторни, тунелни диоди, инвертирани диоди, лавинообразни (LPD), тиристори, фотодиоди, светодиоди. и оптрони.
Слайд 7
Диодите се характеризират със следните основни електрически параметри: - ток, преминаващ през диода в права посока (прав ток Ipr); - ток, преминаващ през диода в обратна посока (обратен ток Iobr); – най-високата допустима коригирана ТЕКУЩА прав. Макс; – най-високо допустим прав ток I пр.доп.; - постоянно напрежение U n p ; - обратно напрежение и около R; - най-високото допустимо обратно напрежение и arr.max - капацитет Cd между изводите на диода; – размери и температурен диапазон на работа
Слайд 8
При свързване на диод във верига трябва да се спазва правилната полярност. За да се улесни определянето на местоположението на катода и анода, върху корпуса или върху един от изводите на диода се прилагат специални маркировки. Среща различни начинидиодни маркировки, но най-често пръстеновидна лента се прилага към страната на корпуса, съответстваща на катода. Ако няма маркировка на диода, тогава клемите на полупроводниковите диоди могат да се определят с помощта на измервателно устройство - диодът преминава ток само в една посока Работа на диода
Слайд 9
Работата на диод може да се визуализира с прост експеримент. Ако батерията е свързана към диода чрез лампа с нажежаема жичка с ниска мощност, така че положителният извод на батерията да е свързан към анода, а отрицателният извод към катода на диода, тогава в получената електрическа верига ще тече ток и лампата ще светне. Максималната стойност на този ток зависи от съпротивлението на полупроводниковия преход на диода и приложеното към него постоянно напрежение. Това състояние на диода се нарича отворено, токът, протичащ през него, е постоянен ток I pr, а напрежението, приложено към него, поради което диодът е отворен, се нарича директно напрежение U pr , Ако проводниците на диода са обърнати, лампата няма да свети, тъй като диодът ще бъде в затворено състояние и ще осигури силно съпротивление на тока във веригата. Струва си да се отбележи, че малък ток през полупроводниковия преход на диода все още ще тече в обратна посока, но в сравнение с постоянния ток ще бъде толкова малък, че електрическата крушка дори няма да реагира. Такъв ток се нарича обратен ток I arr, а напрежението, което го създава, се нарича обратно напрежение U arr.
10
Слайд 10
Маркировка на диод На тялото на диода обикновено се посочва полупроводниковият материал, от който е направен (буква или цифра), тип (буква), предназначение или електрически свойства на устройството (номер), буквата, съответстваща на типа на устройството , и датата на производство, както и неговата символ. Символът на диода (анод и катод) показва как диодът трябва да бъде свързан към платките на устройството. Диодът има два извода, единият от които е катод (минус), а другият е анод (плюс). Условно графично изображение върху тялото на диода се прилага под формата на стрелка, показваща директната посока, ако няма стрелка, тогава се поставя знакът "+". На плоските клеми на някои диоди (например серия D2) символът на диода и неговият тип са директно щамповани. При нанасяне на цветен код цветна маркировка, точка или лента се нанася по-близо до анода (фиг. 2.1). За някои видове диоди се използва цветна маркировка под формата на точки и ивици (Таблица 2.1). Диоди от стари типове, по-специално точкови диоди, са произведени в стъклен дизайн и са маркирани с буквата "D" с добавяне на цифра и буква, показваща подтипа на устройството. Планарните германиево-индиеви диоди са обозначени с "D7".
11
слайд 11
Нотна система Нотната система се състои от четири елемента. Първият елемент (буква или цифра) показва оригиналния полупроводников материал, от който е направен диодът: G или 1 - германий * K или 2 - силиций, A или 3 - галиев арсенид, I или 4 - индиев фосфид. Вторият елемент е буква, указваща класа или групата на диода. Третият елемент е число, което определя предназначението или електрическите свойства на диода. Четвъртият елемент показва поредния номер технологично развитиедиод и се обозначава от A до Z. Например диодът KD202A означава: K - материал, силиций, D - токоизправителен диод, 202 - цел и номер на разработка, A - сорт; 2S920 - мощен силициев ценерови диод от тип А; AIZ01B - тунелен диод от индиев фосфид от превключващ тип тип B. Понякога има диоди, обозначени с остарели системи: DG-Ts21, D7A, D226B, D18. D7 диодите се различават от диодите DG-Ts в изцяло метален корпус, в резултат на което работят по-надеждно във влажна атмосфера. Германиеви диоди от типа DG-Ts21 ... DG-Ts27 и диоди D7A ... D7Zh, близки до тях по характеристики, обикновено се използват в токоизправители за захранване на радио оборудване от мрежа с променлив ток. Символът на диода не винаги включва някои технически данни, така че те трябва да се търсят в справочници за полупроводникови устройства. Едно изключение е обозначението за някои диоди с буквите KS или цифра вместо K (например 2C) - силициеви ценерови диоди и стабистори. След тези обозначения има три цифри, ако това са първите цифри: 1 или 4, след това като вземем последните две цифри и ги разделим на 10, получаваме стабилизиращото напрежение Ust. Например KS107A е стабистор, Ust = 0,7 V, 2S133A е ценеров диод, Ust = 3,3 V. Ако първата цифра е 2 или 5, тогава последните две цифри показват Ust, например KS 213B - Ust = 13 V, 2C 291A - 0Ust \u003d 91 V, ако числото е 6, тогава към последните две цифри трябва да се добавят 100 V, например KS 680A - Ust \u003d 180 V.
12
слайд 12
Структурна схемаполупроводников диод с p - n-преход: 1 - кристал; 2 - заключения (текущи изводи); 3 - електроди (омични контакти); 4 - равнина p - n-преход. Типична характеристика ток-напрежение на полупроводников диод с p - n-преход: U - напрежение върху диода; I - ток през диода; U* обр и I* абр - максимално допустимото обратно напрежение и съответния обратен ток; U st - стабилизиращо напрежение.
13
слайд 13
Нискосигнална (за ниски нива на сигнала) еквивалентна схема на полупроводников диод с p - n-преход: r p-n - нелинейно съпротивление на p - n-преход; r b - съпротивление на обема на полупроводника (диодна основа); r yt - повърхностна устойчивост на течове; C B - бариерен капацитет p - n-преход; C diff - дифузионен капацитет, дължащ се на натрупване на подвижни заряди в основата при постоянно напрежение; C до - капацитет на тялото; L до - индуктивност на токопроводите; А и Б са заключения. Плътната линия показва връзката на елементите, свързани с действителния p - n-преход. Токово-напреженови характеристики на тунелните (1) и обърнатите (2) диоди: U - напрежение върху диода; I - ток през диода
14
Слайд 14
Полупроводникови диоди (външен вид): 1 - токоизправителен диод; 2 - фотодиод; 3 - микровълнов диод; 4 и 5 - диодни матрици; 6 - импулсен диод. Корпуси на диоди: 1 и 2 - метал-стъкло; 3 и 4 - металокерамика; 5 - пластмаса; 6 - стъкло
15
слайд 15
Диод на Шотки Диодите на Шотки имат много нисък спад на напрежението и са по-бързи от конвенционалните диоди. Ценеров диод / Ценеров диод / Ценеров диод предотвратява напрежението от превишаване на определен праг в определен участък от веригата. Може да изпълнява както защитни, така и ограничителни функции, те работят само в постоянни вериги. При свързване спазвайте полярността. Ценерови диоди от същия тип могат да бъдат свързани последователно, за да се увеличи стабилизираното напрежение или да се образува делител на напрежение. Varicap Varicap (в противен случай капацитивен диод) променя съпротивлението си в зависимост от приложеното към него напрежение. Използва се като контролиран променлив кондензатор, например за настройка на високочестотни осцилаторни вериги.
16
слайд 16
Тиристор Тиристорът има две стабилни състояния: 1) затворен, т.е. състояние на ниска проводимост, 2) отворен, т.е. състояние на висока проводимост. С други думи, той е в състояние да превключва от затворено състояние в отворено състояние под действието на сигнал. Тиристорът има три изхода, в допълнение към анода и катода има и управляващ електрод - той се използва за прехвърляне на тиристора във включено състояние. Съвременните вносни тиристори също се произвеждат в корпуси TO-220 и TO-92.Тиристорите често се използват в схеми за управление на мощността, за плавен старт на двигатели или включване на електрически крушки. Тиристорите ви позволяват да контролирате големи токове. За някои видове тиристори максималният постоянен ток достига 5000 A или повече, а стойността на напрежението в затворено състояние е до 5 kV. Мощни силови тиристори от типа T143 (500-16) се използват в шкафове за управление на електродвигатели, честотни преобразуватели
17
Слайд 17
Henry Round LED диоди Светодиодът излъчва светлина, когато през него преминава електрически ток. Светодиодите се използват в устройства за показване на инструменти, в електронни компоненти (оптрони), мобилни телефони за осветяване на дисплея и клавиатурата, светодиодите с висока мощност се използват като източник на светлина в лампи и др. Светодиодите се предлагат в различни цветове на светене, RGB и др.
18
Последен слайд на презентацията: Диод
Инфрачервен диод Инфрачервените светодиоди (съкратено IR диоди) излъчват светлина в инфрачервения диапазон. Областите на приложение на инфрачервените светодиоди са оптична апаратура, устройства за дистанционно управление, устройства за оптично превключване, безжични комуникационни линии. IR диодите се обозначават по същия начин като светодиодите. Инфрачервените диоди излъчват светлина извън видимия обхват, блясъкът на IR диод може да се види и гледа например през камера на мобилен телефон, тези диоди се използват и в камерите за видеонаблюдение, особено на улични камеритака че изображението да може да се вижда през нощта. Фотодиод Фотодиодът преобразува светлината, попадаща върху неговата фоточувствителна зона, в електрически ток и намира приложение при преобразуването на светлината в електрически сигнал.
Презентационният материал може да се използва като урок по физика, компютърни науки или електротехника, за да се обясни как работят полупроводниците. Разгледана е класификацията на веществата според вида на проводимостта. Дадено е обяснение на собствената и примесната проводимост. обясни работа p-n- преход. Диод и неговите свойства. Дадено е накратко понятието транзистори.
Изтегли:
Преглед:
За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт в Google (акаунт) и влезте: https://accounts.google.com
Надписи на слайдове:
Презентация на тема: "Полупроводници" Лектор: Vinogradova L.O.
Класификация на веществата по проводимост Вътрешна проводимост на полупроводници Примесна проводимост на полупроводници p - n преход и неговите свойства Полупроводников диод и неговото приложение Транзистори Електрически ток в различни среди Електрически ток в полупроводници
Класификация на веществата по проводимост Различните вещества имат различни електрически свойства, но според електрическата проводимост те могат да бъдат разделени на 3 основни групи: Електрически свойства на веществата Проводници Полупроводници Диелектрици Провеждат добре електрически ток Те включват метали, електролити, плазма ... Най- използваните проводници са Au, Ag, Cu, Al, Fe ... Практически не провеждат електрически ток Те включват пластмаси, каучук, стъкло, порцелан, сухо дърво, хартия ... Заемат междинна позиция в проводимостта между проводниците и диелектриците Si, Ge, Se, In, As
Класификация на веществата по проводимост Припомнете си, че проводимостта на веществата се дължи на наличието на свободни заредени частици в тях.Например в металите това са свободни електрони - - - - - - - - - -
Вътрешна проводимост на полупроводници Разгледайте проводимостта на полупроводници на базата на силиций Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Силиций - 4 валентен химичен елемент. Всеки атом има 4 електрона във външния електронен слой, които се използват за образуване на двойни електронни (ковалентни) връзки с 4 съседни атома. При нормални условия (ниски температури) в полупроводниците няма свободни заредени частици, така че полупроводникът не провежда електрически ток
Вътрешна проводимост на полупроводниците Разгледайте промените в полупроводника с повишаване на температурата Si Si Si Si Si - - - - - - + свободен електрон дупка + + С повишаване на температурата енергията на електроните се увеличава и някои от тях напускат връзките, превръщайки се в свободни електрони. На тяхно място остават некомпенсирани електрически заряди (виртуални заредени частици), наречени дупки Под въздействието на електрическо поле електроните и дупките започват подредено (насрещно) движение, образувайки електрически ток - -
Вътрешна проводимост на полупроводниците По този начин електрическият ток в полупроводниците е подредено движение на свободни електрони и положителни виртуални частици - дупки.С повишаването на температурата броят на свободните носители на заряд се увеличава, проводимостта на полупроводниците се увеличава, съпротивлението намалява R (Ohm ) t (0 C) R 0 метален полупроводник Назад към съдържанието
Присъщата проводимост на полупроводниците е очевидно недостатъчна за техническо приложениеполупроводници Следователно, за да се увеличи проводимостта, примесите (допинг) се въвеждат в чисти полупроводници, които са донорни и акцепторни донорни примеси Si Si As Si Si - - - - - - - При допиране 4 - валентен силиций Si 5 - валентен арсен As, един от 5 електрона арсенът става свободен. По този начин, чрез промяна на концентрацията на арсен, е възможно да се промени проводимостта на силиция в широк диапазон.Такъв полупроводник се нарича полупроводник от n-тип, основните носители на заряд са електрони, а примесът на арсен, който дава свободни електрони, се нарича донор. Примесна проводимост на полупроводниците - -
Примесна проводимост на полупроводници Акцепторни примеси Ако силицийът е легиран с тривалентен индий, тогава на индия липсва един електрон, за да образува връзки със силиций; образува се дупка Si Si В Si Si - - - - - + Чрез промяна на концентрацията на индий е възможно да се промени проводимостта на силиция в широк диапазон, създавайки полупроводник с желани електрически свойства дупки, наречени акцепторни - -
Примесна проводимост на полупроводниците И така, има 2 вида полупроводници с голям практическа употреба: p - тип n - тип Основни носители на заряд - дупки Основни носители на заряд - електрони + - В допълнение към основните носители в полупроводника има много малък брой второстепенни носители на заряд (в полупроводник тип p това са електрони, и в полупроводник тип n, това са дупки), чийто брой се увеличава с повишаване на температурата Към съдържанието
p – n преход и неговите свойства Помислете за електрически контакт на два полупроводника p и n тип, наречен p – n преход + _ 1. , електрони - вляво) Преходното съпротивление е малко, токът е голям. Такова включване се нарича директно, в посока напред p - n кръстовището провежда добре електрически ток p n
p – n преход и неговите свойства + _ 2. Обратно включване + + + + - - - - Основните носители на заряд не преминават през p – n прехода Преходното съпротивление е високо, практически няма ток Такова включване се нарича обратно, в обратната посока p – n преход практически не провежда електрически ток p n Блокиращ слой Към съдържанието
Полупроводников диод и неговото приложение Полупроводниковият диод е p - n преход, затворен в корпус Обозначаване на полупроводников диод в диаграми Волт - токова характеристика на полупроводников диод (CVC) I (A) U (B) Основното свойство на p - n преход е неговата едностранна проводимост
Полупроводников диод и неговите приложения Приложения на полупроводников диод AC Ректификация Откриване на електрически сигнал Стабилизиране на ток и напрежение Предаване и приемане на сигнала Други приложения
Преди диода След диода След кондензатора На товара Полупроводников диод и неговото приложение Схема на полувълнов токоизправител
Полупроводников диод и неговото приложение Верига на токоизправител с пълна вълна (мост) вход изход + - ~
Транзистори p-n-p канал p- тип n-p-n n-тип канал Конвенционални съкращения: E - емитер, K - колектор, B - база. Транзисторът беше първото полупроводниково устройство, способно да изпълнява функциите на усилване и модулация на вакуумен триод (състоящ се от анод, катод и решетка). Транзисторите замениха вакуумните тръби и направиха революция в електронната индустрия.
За да видите презентация със снимки, дизайн и слайдове, изтеглете неговия файл и го отворете в PowerPointна вашия компютър.
Текстово съдържание на презентационни слайдове:РАЗДЕЛ 1. Полупроводникови устройства Тема: Полупроводникови диодиАвтор: Баженова Лариса Михайловна, преподавател в Ангарския политехнически колеж на Иркутска област, 2014 г. Съдържание1. Устройство, класификация и основни параметри на полупроводникови диоди1.1. Класификация и символи на полупроводникови диоди1.2. Конструиране на полупроводникови диоди1.3. Вольт-амперна характеристика и основни параметри на полупроводникови диоди2. Изправителни диоди2.1. основни характеристикитокоизправителни диоди2.2. Включване на токоизправителни диоди в токоизправителни вериги 1.1. Класификация на диодите Полупроводниковият диод е полупроводниково устройство с един p-n преход и два външни извода. 1.1. Маркировка на диодиПолупроводников материал Тип диод Група по параметри Модификация в група KS156AGD507BAD487VG (1) – германий; K (2) - силиций; A (3) - галиев арсенид. D - токоизправител, RF и импулсни диоди; A - микровълнови диоди; C - ценерови диоди; B - варикапи; I - тунелни диоди; F - фотодиоди; L - светодиоди; групи: Първата цифра за "D": 1 - Ипр< 0,3 A2 – Iпр = 0,3 A…10A3 – Iпр >0.3A 1.1. Условно графично представяне на диоди (УГО) а) Токоизправител, високочестотен, микровълнов, импулсен; б) ценерови диоди; в) варикапи; г) тунелни диоди; д) диоди на Шотки; д) светодиоди; ж) фотодиоди; з) токоизправителни блокове 1.2. Дизайнът на полупроводникови диоди Върху основата се наслагва акцепторен примесен материал и във вакуумна пещ при висока температура (около 500 ° C) акцепторният примес дифундира в основата на диода, което води до образуването на p-тип проводимост област и p-n преход с голяма равнина Изходът от p-областта се нарича анод, а изходът от n-областта е катод 1) Планарен диодПолупроводников кристалМетална плоча Основата на планарните и точковите диоди е n-тип полупроводников кристал, който се нарича база 1.2. Дизайнът на полупроводникови диоди 2) Точков диод Волфрамова жица, легирана с акцепторни примесни атоми, се довежда до основата на точков диод и през него преминават токови импулси до 1A. В точката на нагряване акцепторните примесни атоми преминават в основата, образувайки p-област.Получава се p-n преход с много малка площ. Поради това точковите диоди ще бъдат високочестотни, но могат да работят само при ниски постоянни токове (десетки милиампера).Диодите от микросплави се получават чрез сливане на микрокристали от p- и n-тип полупроводници. По своята същност микросплавните диоди ще бъдат планарни, а по параметрите си - точкови. 1.3. Характеристика на ток-напрежение и основни параметри на полупроводникови диоди Характеристиката на ток-напрежение на истински диод е по-ниска от тази на перфектен p-nпреход: засяга влиянието на устойчивостта на основата. 1.3. Основните параметри на диодите Максимално допустимият прав ток Ipr.max. Падане на напрежението на диода при макс. постоянен ток Uпр.макс. Максимално допустимото обратно напрежение Uобр.макс = ⅔ ∙ Uел.проб. Обратен ток при макс. допустимо обратно напрежение Iобр.макс. Право и обратно статично съпротивление на диода при зададени право и обратно напрежение Rст.пр.=Uпр./ Iпр.; Rst.rev.=Урев./ Ирев. Предно и обратно динамично съпротивление на диода. Rd.pr.=∆ Upr./ ∆ Ipr.2 2. Токоизправителни диоди 2.1. Основни характеристики. Токоизправителният диод е полупроводников диод, предназначен да преобразува променлив ток в постоянен ток в силови вериги, тоест в захранващи устройства. Токоизправителните диоди винаги са планарни, могат да бъдат германиеви или силициеви диоди. Ако коригираният ток е по-голям от максималния допустим ток в права посока на диода, тогава е разрешено паралелно свързване на диодите. Допълнително съпротивление Rd (1-50 Ohm) за изравняване на токовете в клоновете).Ако напрежението във веригата надвишава максимално допустимото Uобр. диод, тогава в този случай е разрешено серийното свързване на диоди. 2.2. Включване на токоизправителни диоди в токоизправителни вериги 1) Полувълнов токоизправител Ако вземете един диод, токът в товара ще тече през половината от периода, следователно такъв токоизправител се нарича полувълнов. Недостатъкът му е ниската ефективност. 2) Пълновълнов токоизправител Мостова верига 3) Пълновълнов токоизправител с вторична средна точка на трансформатора Ако понижаващият трансформатор има средна точка (вторична средна точка), тогава пълновълновият токоизправител може да бъде направен с два диода свързани паралелно. Недостатъците на този токоизправител са: Необходимостта от използване на трансформатор със средна точка; Повишени изисквания към диодите с обратно напрежение Задача: Определете колко единични диода има във веригата и колко диодни моста. Задачи1. Дешифрирайте имената на полупроводниковите устройства: 1 опция: 2S733A, KV102A, AL306D2 опция: KS405A, 3L102A, GD107B Z опция: KU202G, KD202K, KS211B Вариант 4: 2D504A, KV107G, 1A304B5 опция: AL102A; 2B117A; KV123A2. Покажете на диаграмата пътя на тока: 1,3,5 вар.: На горната клема "плюс" на източника 2,4 вар.: На горната клема "минус" на източника.
Прикачени файлове
Глава 2 Полупроводникови диоди Полупроводник
диод
представлява
себе си
полупроводниково устройство с един p-n преход и два
заключения. Повечето диоди са базирани на
асиметрични p-n преходи. Една от областите обаче
диод, обикновено (p +) силно легиран и наречен емитер,
друг
(н)
леко легиран
–
база.
P-n-кръстовище
поставена в основата, защото е леко легирана.
Структура, символ и наименование на заключенията
показано на фиг. 3.1. Между всяка външна зона
полупроводник и неговият изход има омичен контакт,
който на фиг. 3.1 е показан с удебелен шрифт.
В зависимост от технологията на производство има:
точкови диоди, легирани и микролегирани, с дифузия
базови, епитаксиални и др.
от
функционален
назначаване
диоди
дял:
токоизправител, универсален, импулсен, ценерови диоди и
стабистори, варикапи, тунелни и инвертирани, както и микровълнови диоди и др.
Класификация на диодите според функционалното им предназначение и UGO
2.1. Волт-амперна характеристика на диода
CVC на истински диод има редица разлики от CVC на p-n преход (фиг. 3.2).За преднаклоненост трябва да се вземе предвид обемното съпротивление.
площите на базата rb и емитера rе на диода (фиг. 3.3.), обикновено rb>> rе. Есента
напрежение върху обемното съпротивление от диодния ток, стават
значителни при токове над няколко милиампера. Освен това,
част от напрежението пада върху съпротивлението на клемите. Като резултат
напрежението директно в p-n прехода ще бъде по-малко от напрежението,
приложен към външните клеми на диода. Това води до изместване на линията
клонове на CVC вдясно (крива 2) и почти линейна зависимост от прилож
волтаж.
CVC на диода, като се вземе предвид обемното съпротивление, се записва с израза
φU
I I 0 e T 1
Uφ Irb
I I 0 e T 1
където Upr е напрежението, приложено към клемите; r е общото съпротивление на основата и
диодни електроди, обикновено r=rb.
Когато диодът е обратно предубеден, диодният ток не остава постоянен при I0
тези. има увеличение на обратния ток.
Това е така, защото обратният ток на диода се състои от три компонента:
Iobr \u003d I0 + Itg + Iut
U φ Irb
T
I I0 e
1
където I0 е топлинният ток на прехода;
Itg - термогенерационен ток. Увеличава се с увеличаване на обратното напрежение.
Това се дължи на факта, че p-n преходът се разширява, обемът му се увеличава и
следователно броят на формираните малцинствени носители се увеличава
в него поради термично генериране. Той е с 4-5 порядъка по-голям от текущия I0.
Iut - ток на утечка. Тя е свързана с крайната стойност на повърхностната проводимост
кристалът, от който е направен диодът. В съвременните диоди винаги е така
по-малък топлинен ток.
Полупроводникови диоди
Полупроводниковият диод е електрически преобразуващ полупроводникустройство с един електрически възел и два извода, което използва
различни свойства p-n- кръстовище(едностранна проводимост, електрически пробив,
тунелен ефект, ел. капацитет).
токоизправителен диод
германиев диод силициев диод
ценеров диод
Варикап
тунелен диод
обърнат диод
2.2. Диодна еквивалентна схема
Това е верига, състояща се от електрически елементи, които вземат предвидфизични процеси, протичащи в p-n преход, и влияние
структурни елементи върху електрическите свойства.
Еквивалентна схема заместване p-nпреход при малки
сигнализира, когато е възможно да се игнорират нелинейните свойства на диода
показано на фиг. .
Тук Cd е общият капацитет на диода в зависимост от режима; Rp = Rдиф
- диференциално съпротивление на прехода, чиято стойност
определен с помощта на статичната CVC на диода при дадена работа
точки (Rdif = U/ I|U=const); rb - разпределени електрически
съпротивление на основата на диода, неговите електроди и проводници, Rut -
устойчивост на изтичане.
Понякога еквивалентната схема се допълва с капацитет между клемите
диод CB, капацитети Cin и Cout (показани с пунктирана линия) и
оловна индуктивност LV.
Еквивалентната схема за големи сигнали е подобна
предишния. Той обаче отчита нелинейните свойства на p-n прехода, като заменя диференциалното съпротивление с
зависим от източника източник на ток I = I0(eU/ T – 1).
2.3. Влиянието на температурата върху I-V характеристиките на диода
I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,Температурата на околната среда оказва значително влияние върху
ток-напрежение на диода. При промяна на температурата няколко
ходът както на предния, така и на обратния клон на CVC се променя.
С повишаването на температурата концентрацията на незначителни
носители в полупроводников кристал. Това води до увеличаване на обратния ток.
преход (чрез увеличаване на тока на двата му компонента: Io и Itg), както и
намаляване на обемното съпротивление на базовата област. С увеличение
температура обратният ток на насищане нараства около 2 пъти
германий и 2,5 пъти за силициеви диоди за всеки 10 °C. Пристрастяване
обратният ток спрямо температурата се апроксимира с израза
I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,
където: I(T0)-ток, измерен при температура Т0; T е текущата температура; T*
- температура на удвояване на обратния ток - (5-6)0C - за Ge и (9-10)0C - за Si.
Максимално допустимото увеличение на обратния ток на диода определя
максималната допустима температура на диода, която е 80-100 ° C
за германиеви диоди и 150 - 200 °C за силициеви..
Токът на утечка зависи слабо от температурата, но може значително
промяна във времето. Следователно той определя основно времето
нестабилност на обратния клон на CVC.
Директният клон на CVC се измества наляво с повишаване на температурата и
става по-стръмен (фиг. 3.3). Това се обяснява с нарастването на Iobr (3.2) и
намаляване на rb, последното, намалява спада на напрежението в основата и
напрежението директно на кръстовището се увеличава при постоянно напрежение
на външни изходи.
За да оценим температурната нестабилност на директния клон, въвеждаме
температурен коефициент на напрежение (TKN) t \u003d U / T, показващ,
Как се променя напрежението в посока напред в диод с температура?
10C при фиксиран прав ток. В температурен диапазон от -60 до
+ 60 "C t -2,3 mV / ° C.
2.4. Изправителни диоди
Токоизправителни диоди - предназначени за коригиране на ниска честотаAC и обикновено се използват в захранващи устройства. Под изправяне
разберете трансформацията на биполярен ток в еднополюсен. За изправяне
използва се основното свойство на диодите - тяхната едностранна проводимост.
Като токоизправителни диоди в захранвания за изправяне на големи
токове използват планарни диоди. Те имат голяма контактна площ p и n области
и голям бариерен капацитет (капацитет Xc=1/(ωC), който не позволява
коригирайте при високи честоти. Освен това такива диоди имат голяма стойност
обратен ток.
Основните параметри, характеризиращи токоизправителните диоди са
са (Фигура 2.1):
- максимален прав ток Ipr max;
- спад на напрежението върху диода при дадена стойност на тока в права посока Ipr (Upr
0,3 ... 0,7 V за германиеви диоди и Upr 0,8 ... 1,2 V за силициеви);
- максимално допустимото директно обратно напрежение на диода Uобр max ;
- обратен ток Iobr при дадено обратно напрежение Uobr (стойност
обратният ток на германиеви диоди е с два до три порядъка по-голям от този на
силиций);
- бариерен капацитет на диода при подаване на обратно напрежение към него
някакъв размер;
- Fmax - честотен диапазон, в който диодът може да работи без значителни
намаляване на изправения ток;
- работен температурен диапазон (германиевите диоди работят в диапазона 60...+70°С, силициевите диоди - в диапазона -60...+150°С, което се обяснява с малки
обратни токове на силициеви диоди).
Средната разсейвана мощност на диода Rav D е средната мощност за периода
разсейва се от диода, когато токът тече в права и обратна посока.
Превишаването на максимално допустимите стойности води до рязко намаляване на периода
обслужване или повреда на диода.
Чрез подобряване на условията на охлаждане (чрез вентилация, използване на радиатори) е възможно да се
увеличаване на разсейването на мощността и избягване на топлинен срив. Приложение на радиатори
също ви позволява да увеличите предния ток. Еднофазен полувълнов токоизправител
Еднофазен пълновълнов
токоизправител със средна точка
Индустрия
издаден
силиций
токоизправителни диоди за токове до стотици ампера и обратно
напрежения до хиляди волта. Ако трябва да работите с
обратни напрежения, превишаващи допустимите Uобр за
един диод, тогава диодите са свързани последователно. За
нараства
поправено
текущ
мога
Приложи
паралелно свързване на диоди.
1) Половълнов токоизправител. Трансформатор
служи за намаляване на амплитудата на променливото напрежение.
Диодът се използва за коригиране на променлив ток.
2) Пълновълнов токоизправител. Предишна схема
има съществен недостатък. Състои се в не
се използва част от енергията на първичния източник на енергия
(отрицателен полуцикъл). Недостатъкът се коригира в
пълновълнова токоизправителна верига.
В първия положителен (+) полупериод, токът
протича както следва: +, VD3, RH↓, VD2, -.
Във втория - отрицателен (-) така: +, VD4, RH↓, VD1,-.
И в двата случая той
протича през товара в едно
посока ↓- отгоре надолу, т.е. настъпва изправяне
текущ.
Еднофазен мостов токоизправител
2.5. Импулсни диоди
Импулсните диоди са диоди, които са проектирани да работят в ключов режим в импулсни веригитакива вериги действат като електрически ключове. Електрическият ключ има две състояния:
1. Затворен, когато съпротивлението му е нула Rvd =0.
2. Отворете, когато съпротивлението му е безкрайно Rvd=∞.
На тези изисквания отговарят диодите в зависимост от полярността на приложеното напрежение. Те имат малко
съпротивление на пристрастие напред и високо съпротивление на пристрастие назад.
1. Важен параметър на превключващите диоди е тяхната скорост на превключване. Фактори
ограничаващата скорост на превключване на диода е:
а) капацитет на диода.
b) скоростта на дифузия и свързаното с нея време на натрупване и резорбция на малцинствени носители на заряд.
В импулсни диоди висока скоростпревключването се постига чрез намаляване на площта на p-n прехода, което намалява
диоден капацитет. Това обаче намалява максималния ток на предния диод (Irec.max.). Пулс
диодите се характеризират със същите параметри като токоизправителите, но имат и специфични, свързани с
скорост на превключване. Те включват: Време за установяване на напрежението на диода (tset): tset. -
времето, през което напрежението върху диода, когато постоянният ток е включен, достига своята стационарна стойност с
дадена точност. Това време, свързано със скоростта на дифузия, се състои в намаляване на съпротивлението на базовата област над
поради натрупването в него на второстепенни носители на заряд, инжектирани от емитера. Първоначално тя е висока, т.к малък
концентрация на носители на заряд. След прилагане на напрежение напред, концентрацията на второстепенни носители на заряд в основата
увеличава, това намалява предното съпротивление на диода. Време за възстановяване на обратното съпротивление на диода
(treset): определя се като времето, през което обратният ток на диода след превключване
полярността на приложеното напрежение от директно към обратно достига стационарната си стойност с дадена
точност. Това време е свързано с разсейването от основата на второстепенни носители на заряд, натрупани по време на потока
постоянен ток. трест. - времето, през което обратният ток през диода при превключване достига своя
стационарна стойност, с определена точност I0, обикновено 10% от максималния обратен ток. trest.= t1.+ t2. , където
t1. е времето на резорбция, през което концентрацията на малцинствени носители на заряд в p-n прехода се превръща в
нула, t2. е времето за разреждане на дифузионния капацитет, свързан с абсорбцията на малки заряди в по-голямата част от основата на диода. AT
По принцип времето за възстановяване е времето за изключване на диода като ключ.
2.7. Ценерови диоди и стабилизатори
Ценеровият диод е полупроводников диод, направен от слаболегиран силиций, който се използва за стабилизиране на константата
волтаж. CVC на ценеров диод с обратно отклонение има малка площ
зависимостта на напрежението от протичащия през него ток. Тази област възниква от
сметка за електрическа повреда (фиг. 1.5).
Ценеровият диод се характеризира със следните параметри:
Номинално стабилизиращо напрежение Ust. nom - номинално напрежение
на ценеровия диод в работен режим (при даден стабилизационен ток);
номинален ток на стабилизиране Ist.nom - ток през ценеровия диод при
номинално стабилизиращо напрежение;
минимален стабилизационен ток Ist min - най-малката стойност на тока
стабилизация, при която режимът на повреда е стабилен;
максимално допустим стабилизационен ток Ist max - максимален ток
стабилизация, при която нагряването на ценеровите диоди не надхвърля допустимите граници.
Диференциално съпротивление
Rst - коефициент на нарастване на напрежението
стабилизиране до увеличението на стабилизационния ток, което го причинява: Rst =
TKN - температурен коефициент на стабилизиращо напрежение:
TKN
Уст / Ист.
У ст.ном.
100%
У ст.ном. T
- относителна промяна на напрежението на ценеровия диод, намалена до единица
степен.
Уст.ном.< 5В – при туннельном пробое.
Уст.ном. > 5V - с лавинна повреда.
Параметрите на ценерови диоди също включват максимално допустимия ток в права посока
Imax, максимално допустимият импулсен ток Ipr. и max, максимално допустимият
разсейвана мощност P max. Параметричен стабилизатор на напрежението (фиг. 9.). Служи за осигуряване
постоянно напрежение на товара (Un) при промяна на постоянното напрежение
захранване (Upit) или съпротивление на натоварване (Rn).
Товарът (консуматорът) е свързан паралелно на ценеровия диод. Ограничителен
съпротивление (Rogr) служи за установяване и поддържане на правилния режим
стабилизиране. Обикновено Rogr се изчислява за средната точка на CVC на ценеров диод (фиг. 5).
Веригата осигурява стабилизиране на напрежението поради преразпределението на токовете IVD и
IN
Нека анализираме работата на веригата.
Според втория закон пишем съотношението: Upit \u003d (IVD + IN) Rogr + Un
Промяната на захранващото напрежение на Upit води до увеличение
напрежение при натоварване на Un и токове IVD = Un / rst, IН = Un / Rn. Нека запишем
оригинално уравнение за увеличения:
Upit \u003d (Un / rst + Un / Rn) Rlimit + Un = Un (1 / rst + 1 / Rn) Rlimit + Un.
Нека го решим по отношение на Un, получаваме Un = Un/
Тъй като Rogr/rst е голям, Un е малък. Колкото повече Rogr и колкото по-малко, толкова по-малко
промени в изходното напрежение.
Изчисляване на веригата (обикновено зададени Upit. и RN):
Избор на ценеров диод VD1 от условията:
и ист.ном.> В.
2) Изчисляване
Rogr.
U в. У ст.ном.
I ст.ном.
У ст.ном. U out.
Разновидности на ценерови диоди:
1. Прецизност. Имат малка стойност на TKN и нормализирана стойност
Уст.ном. Малък TKN се постига чрез последователно свързване с ценеровия диод
(VD2) с положителни TKN диоди (VD1) в посока напред, TKN на които
отрицателен. Тъй като общият TKN е равен на тяхната сума, той се оказва малък по отношение на
размер.
2. Двуаноден ценеров диод. Състои се от два включени ценерови диода
контра-последователно и се използва за стабилизиране на амплитудата на променливите
подчертава.
Стабисторите са полупроводникови диоди, в които за
стабилизирането на напрежението използва директен клон на характеристиката ток-напрежение. Такива
диоди, основата е силно легирана с примеси (rb → 0), и следователно тяхната директна
клонът е почти вертикален. Параметрите на стабистора са подобни
параметри на ценеровия диод. Използват се за стабилизиране на малки
напрежение (Ust.nom. ≈0.6V).), стабисторен ток - от 1 mA до няколко
десетки mA и отрицателен TKN.
2.9. Тунелни и реверсирани диоди
На границата на силно легирани (изродени) p-n структурис концентрация на примесиима тунелен ефект. n 10 20 e/cm 3
Проявява се във факта, че с предно отклонение на директния клон на I–V характеристиката,
падащо сечение AB с отрицателно съпротивление Rdif = U/ I|AB=r- 0.
Пунктираната линия на графиката показва CVC на диода.
Това позволява използването на такъв диод в усилватели и електрически генератори.
флуктуации в микровълновия диапазон, както и в импулсни устройства.
При обратно отклонение, токът, дължащ се на разрушаване на тунела, рязко се увеличава при малък
напрежения.
Основните параметри на тунелния диод са както следва:
пиков ток и пиково напрежение Ip, Up - ток и напрежение в точка А;
долинен ток и напрежение IB - ток и напрежение в точка B;
съотношение на токовете Ip / Iv;
пиково напрежение - право напрежение, съответстващо на пиковия ток;
напрежение на разтвора Up - напрежение напред, по-голямо от напрежението на долината, при
където токът е равен на пика; индуктивност LD - обща последователна индуктивност
диод при дадени условия; специфичен капацитет Sd / Ip - съотношението на капацитета на тунела
диод до пиков ток; диференциално съпротивление gdif - реципрочно на
стръмността на CVC; резонансна честота на тунелния диод fo - изчислена честота, при
което общото реактивно съпротивление на pn прехода и индуктивността на корпуса
тунелен диод изчезва; гранична съпротивителна честота fR - изчислена
честота, при която активният компонент на последователния импеданс
верига, състояща се от p-n преход и съпротивление на загуба, изчезва; шум
постоянен тунелен диод Ksh - стойност, която определя шумовата фигура на диода;
съпротивление на загубите на тунелния диод Rn - общото съпротивление на кристала,
контактни връзки и изводи.
Максимално допустимите параметри включват максимално допустимата константа
прав ток на тунелния диод Ipr max, максимално допустим постоянен импулсен ток
Ipr.i max максимален допустим постоянен обратен ток Irev max,
максималната допустима микровълнова мощност Rsvch max, разсейвана от диода. Схема на генератора на хармонични трептения на
TD е показано на фиг. . Предназначение на елементите: R1,
R2 - резистори, задайте работната точка на тунела
диод в средата на CVC секцията с минус
устойчивост; Lk, Ck – трептителен кръг; Sbl
капацитет
блокиране,
На
променлива
компонент, той свързва тунелния диод
успоредно на колебателния кръг.
тунелен диод, свързан паралелно
вибрационен
контур
компенсира
техен
отрицателен
съпротива
съпротива
загуби колебателна верига, и следователно колебания
може да продължи безкрайно.
Инвертираните диоди са вид
тунелни диоди. Тяхната концентрация на примеси
малко по-малко, отколкото в тунелите. Поради това,
тях
липсва
парцел
с
отрицателен
съпротива. На прав клон до стрес
0,3-0,4V
на разположение
практически
хоризонтална
секция с малък постоянен ток (фиг. .), докато
как
текущ
обратен
клонове
начало
с
малък
напрежения, поради разрушаване на тунела, рязко
се увеличава. В тези диоди, за малки променливи
сигнали,
директен
клон
мога
броя
не
проводяща, а обратната проводяща. Следователно и
името на тези диоди.
Преобразуван
диоди
са използвани
за
коригиране на микровълнови сигнали с малки амплитуди (100300) mV.
2.10. Маркировка на полупроводников диод
Маркировката се състои от шест елемента, например:KD217A
или K C 1 9 1 E
123456
123456
1 - Буква или цифра, показва вида на материала, от който е направен диодът:
1 или G - Ge (германий); 2 или K - Si (силиций); 3 или A - GeAs.
2 - буква, показва вида на диода според функционалното му предназначение:
D - диод; C - ценеров диод, стабистор; B - варикап; I - тунелен диод; НО -
микровълнови диоди.
3. Предназначение и електрически свойства.
4 и - 5 се посочва поредният номер на разработката или електрическите свойства
(в ценерови диоди - това е стабилизационното напрежение; в диоди - порядък
стая).
6. - Буква, показва разделянето на диоди в параметрични групи (в
токоизправителни диоди - деление по параметър Uобр.max, в ценерови диоди
деление по ТКН).
Дисциплина: Електротехника и електроника
Лектор: Погодин Дмитрий ВадимовичДоцент доктор,
Доцент на катедра RIIT
(Катедрата по радиоелектроника и
информация и измерване
технология)
електротехника и електроника
