Полупроводниковый диод (вентиль)

Полупроводниковый диод в стеклянном корпусе. На фотографии виден полупроводник с контактами, подходящими к нему (рис. 8.3).

Так как между областями р- и n- типов значительная разница в концентрации дырок и электронов, происходит диффузия дырок в область n, а электронов в область р. Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода - контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом (Диод Шоттки).

В тонком пограничном слое у n-типа возникнет положительный заряд, а у р-типа отрицательный заряд. Между зарядами возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле Е_п, которое препятствует дальнейшему диффузному перемещению основных носителей. На границе двух полупроводников возникает слой, обладающий большим сопротивлением.

Этот слой называют запирающим слоем или р-n-переходом.

Вследствие теплового движения в электрическое поле р-n-перехода попадают неосновные носители заряда.

Движение неосновных носителей заряда под действием сил поля р-n-перехода направлено встречно диффузионному току основных носителей и называется дрейфовым или тепловым током.

При отсутствии внешнего поля дрейфовый ток уравновешивается диффузионным и суммарный ток через р-n-переход равен нулю.

Рисунок 8.4

Соединим плюс источника с полупроводником n-типа, а минус – с р-типа, получим внешнее поле, направленное согласно полю р-n-перехода Е_в и усиливающее его. Через диод будет проходить малый обратный ток. При изменении полярности источника питания внешнее поле будет направлено встречно полю р-n-перехода. В цепи установится прямой ток, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении питания.

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий).

По конструктивному принципу диоды разделяют на точечные и плоскостные. Точечные рассчитаны на токи до нескольких сотен миллиампер, а плоскостные – до нескольких ампер, в том числе силовые – до нескольких тысяч ампер.

По назначению диоды разделяются на следующие:

· выпрямительные диоды (как разновидность выпрямительных – силовые), которые предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (рис. 8.5, а). В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие выпрямительные токи;

· высокочастотные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот, а также для детектирования. В качестве высокочастотных диодов применяют диоды точечной конструкции;

· импульсные диоды, которые применяют в схемах генерирования и усиления импульсов микросекундного и наносекундного диапазонов;

· туннельные диоды (рис. 8.5, в), применяемые в качестве усилителей и генераторов высокочастотных колебаний;

· светодиоды (рис. 8.5, е), которые используют в качестве световой индикации наличия тока и которые имеют разные цвета свечения;

· стабилитроны (рис. 8.5, б), предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через них тока;

· варикапы (рис. 8.5, г) – полупроводниковые диоды, емкость которых можно изменять в широких пределах;

· фотодиоды (рис. 8.5, д), которые являются источниками тока, преобразующими световую энергию в электрическую, причем сила тока пропорциональна освещенности фотодиода.

Маркировка диодов.

Маркировка полупроводниковых диодов, рассчитанных на сравнительно небольшие токи (до 10 А) состоит из шести буквенных и цифровых элементов:

· первый элемент обозначает исходный материал: К или 2 – кремний; Г или 1 – германий; А или 3 - арсенид галлия.

· второй буквенный элемент обозначает тип прибора: Д – диоды выпрямительные; А – сверхвысокочастотные диоды; В – варикапы; И – туннельные диоды; С – стабилитроны; Л - светодиоды.

· третий, четвертый, пятый элементы – цифры, характеризующие некоторые электрические параметры прибора, в частности мощность рассеяния.

· шестой элемент – буква (от А до Я), обозначающая последовательность разработки.

Например, КД215А – кремниевый выпрямительный диод, КС211Б – кремниевый стабилитрон с напряжением стабилизации 11 В, средней мощности.

Полупроводниковые диоды, рассчитанные на токи от 10 А до 2000 А и более часто называют силовыми неуправляемыми вентилями и маркируют буквой В (вентиль), после которой проставляется число, указывающее значение прямого номинального тока. В качестве силовых в основном используют кремниевые диоды, которые делятся на группы, классы и подклассы. Класс диода зависит от значения обратного номинального напряжения. Группа диода определяется значением падения напряжения в прямом направлении при номинальном токе I_ном. Группы обозначаются буквами от А до Е.

Например, падение напряжения группы А равно 0,4 – 0,5 В. Каждая группа делится на три подгруппы, отличающиеся значением падения напряжения (для группы А: 0,4 – 0,42 В; 0,44 – 0,46 В; 0,48 – 0,5 В). Например, В200-8-54 – вентиль кремниевый, номинальный ток 200 А, 8-й класс (обратное номинальное напряжение 800 В), падение напряжения при номинальном токе 0,54 В (группа Б).

Устройство диодов.В плоскостных диодах основным элементом является пластика из кремния или германия, в которой методом сплавления или диффузии создан плоский по форме р–n-переход. Для защиты диода от внешней среды пластинку полупроводника вместе с припаянными к ней выводами устанавливают в металлический корпус, который затем герметизируют. В верхней части корпуса монтируют стеклянный изолятор, через который проходит выводная трубка. Для лучшего отвода тепла в некоторых плоскостных диодах применяют специальные охладители.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение полупроводникового диода.

2. Как возникает электрическое поле в диоде.

3. Дайте определение дрейфового тока.

4. Классификация диодов по конструктивному признаку.

5. Классификация диодов по конструктивному признаку по назначению.

6. Устройство диодов.

Транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластинку кремния или германия, состоящую из трех областей.

Две крайние области всегда имеют одинаковый тип проводимости, а средняя – противоположный (рис. 8.7). Отсюда два типа транзисторов р-n-р или n-р-n.Физические процессы, происходящие в транзисторах двух типов, аналогичны, различие заключается в полярности включения источников питания.

Смежные области, отделенные друг от друга р-n-переходами, называются эмиттер, коллектор и база.

Эмиттер – область, испускающая носители зарядов.

Коллектор – область, собирающая носители зарядов.

База - средняя область (основание).

К эмиттеру прикладывается напряжение эмиттер-база в прямом направлении, а к коллектору (база-коллектор) - в обратном. Под действием электрического поля большая часть носителей зарядов из эмиттера через р-n-переход переходит в очень узкую базу (инжекция). В базе незначительная часть носителей зарядов, перешедших из эмиттера, объединяется со свободными носителями зарядов противоположной полярности, убыль которых пополняется новыми носителями из внешней цепи, образующими ток базы.

Транзистор может находится в трех состояниях:

· заперт – если потенциал базы равен или меньше потенциала эмиттера (режим отсечки);

· открыт - выше потенциала эмиттера, при этом транзистор реагирует на изменение потенциала базы;

· насыщен – наступает момент, когда увеличение напряжения базы не приводит к увеличению тока коллектора.

Возможны три схемы включения: с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р–n- переходами и тремя выводами.

Транзисторы применяются для усиления электрических сигналов и колебаний, генерирования электрических сигналов и колебаний и в качестве бесконтактного ключевого элемента.

• ⇐ Назад
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 252627
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32
• 33
• 34
• Далее ⇒