Вольт-амперная характеристика и разновидности полупроводниковых диодов.
Лабораторная работа № 1.
ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАЗНОВИДНОСТИ И РАБОТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ С ОДНИМ p-n ПЕРЕХОДОМ.
| дата | подпись | |
| Допуск: | ||
| Выполнение: | ||
| Защита: |
Теоретические сведения.
Диод – двухэлектродный элемент электрической цепи, обладающий односторонней проводимостью тока.
Полупроводниковая структура диода.
Полупроводниковый диод представляет собой кристалл полупроводника - германия (Ge) или кремния (Si) – одна из частей которого легирована увеличивающей концентрациию электронов в кристалле донорной примесью (n-область), а другая – уменьшающей концентрацию электронов в кристалле акцепторной примесью (p-область). Соответственно, электропроводность n-области полупроводника определяется, в основном, электронами, а p-области – дырками. Граница раздела p- и n- областей кристалла называется p-n переходом (рис. 1).
Односторонняя электрическая проводимость полупроводниковых диодов обусловлена свойствами p-n перехода.
Свойства p-n перехода.
Под действием разности концентрации электроны и дырки диффундируют через p-n переход (электроны – из n-области в p-область, дырки – из p-области в n-область) и рекомбинируют с носителями заряда противоположного знака. В результате, их концентрация в некотором слоя полупроводника, прелегающем к p-n переходу, понижается. Соответственно, в этом слое, в n-области полупрводника остается нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси, а в p-области полупроводника – нескомпенсированный отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. Внутри такого двойного заряженного слоя (рис. 1) возникает электрическое поле, вектор напряженности которого (Е) направлен из n-области в p-область и препятствует прохождению основных носителей заряда через p-n переход. Вместе с тем, через p-n переход происходит дрейф неосновных носителей заряда: электронов p-области и дырок n-области.
Обратный, то есть включенный в обратном направлении (или закрытый), p-n переход обладает электрической емкостью. Эта емкость, называемая барьерной, зависит от диэлектрической проницаемости запирающего слоя, от площади и ширины p-n перехода и уменьшается с увеличением приложенного обратного напряжения.
Вольт-амперная характеристика и разновидности полупроводниковых диодов.
Свойства p-n перехода обуславливают следующий вид вольт-амперной характеристики диода (рис.2).
Токи, протекающие через диод, при приложении к нему прямого и обратного (в отсутствии электрического пробоя) напряжений, различаются на 4-6 порядков, что позволяет говорить о его односторонней электрической проводимости. В обоих случаях возможный ток через диод определяется площадью p-n перехода. Падение напряжения на диоде при пропускании через него прямого тока составляет (0,3–0,6) В для германиевых и (0,8–1,2) В для кремниевых диодов.
В зависимости от назначения диоды подразделяются на:
1. выпрямительные диоды;
2. полупроводниковые стабилитроны;
3. варикапы;
4. импульсные диоды и так далее.
 |
Рис. 1 Полупроводниковая структура диода и свойства p-n перехода
где РР , nn – основные носители: дырки и электроны; Рn , np – неосновные носители: дырки и электроны; 
, 
– положительно заряженные донорные и отрицательно заряженные акцепторные ионы.
Пояснения к рис. 1.
· p-n переход в отсутствии внешнего напряжения: Jдиф. = Jдр;
· p-n переход при подаче прямого смещения:
Е внеш. Направлено против поля двойного заряженного слоя, φ уменьшается;
· Jдиф. > Jдр. – через диод течет прямой ток;
— p-n переход при подаче обратного смещения:
Е внеш. Совпадает по направлению с полем двойного заряженного слоя, φ возрастает;
· Jдиф. < Jдр. – через диод течет обратный ток
Условное графическое обозначение выпрямительного диода представленно на рис. 3. Эти диоды предназначены для выпрямления переменного тока.
Их основными параметрами являются:
- постоянное прямое напряжение Uпр, которое нормируется при определенном прямом токе Iпр;
- максимально допустимый прямой ток Iпр. max;
- обратный ток диода Iобр, который нормируется при определенном обратном напряжении Uобр;
- максимально допустимый обратное напряжение Uобр. max.