Taisngriežu diodes

Diode - divu elektrodu pusvadītāju ierīce ar vienu p-n pāreju, kurai ir vienpusēja strāvas vadīšana. Ir daudz dažādu veidu diožu — taisngrieža, impulsa, tuneļa, reversās, mikroviļņu diodes, kā arī Zener diodes, varikapus, fotodiodes, gaismas diodes un citas.

Taisngriežu diodes

Taisngrieža diodes darbība izskaidrojama ar elektriskā p — n savienojuma īpašībām.

Pie divu pusvadītāju robežas veidojas slānis, kuram nav mobilo lādiņu nesēju (rekombinācijas dēļ) un kuram ir augsta elektriskā pretestība — t.s. Bloķējošs slānis. Šis slānis nosaka kontakta potenciāla starpību (potenciāla barjeru).

Ja p — n savienojumam pieliek ārēju spriegumu, radot elektrisko lauku virzienā, kas ir pretējs elektriskā slāņa laukam, tad šī slāņa biezums samazināsies un pie sprieguma 0,4 — 0,6 V bloķējošais slānis. pazūd un strāva ievērojami palielināsies (šo strāvu sauc par līdzstrāvu).

Pieslēdzot dažādas polaritātes ārēju spriegumu, palielināsies bloķējošais slānis un palielināsies p — n savienojuma pretestība, un strāva mazākuma lādiņnesēju kustības dēļ būs niecīga pat pie salīdzinoši augsta sprieguma.

Diodes tiešo strāvu rada galvenie lādiņnesēji, bet pretējo strāvu - mazākuma lādiņnesēji. Diode nodod pozitīvu (uz priekšu) strāvu virzienā no anoda uz katodu.

attēlā. 1 parāda parasto grafisko apzīmējumu (UGO) un taisngriežu diožu raksturlielumus (to ideālos un faktiskos strāvas-sprieguma raksturlielumus). Diodes strāvas-sprieguma raksturlīknes (CVC) šķietamā pārtraukums sākumā ir saistīts ar dažādām strāvas un sprieguma skalām diagrammas pirmajā un trešajā kvadrantā. Divas diodes izejas: anods A un katods K UGO nav norādītas un ir parādītas attēlā paskaidrojumam.

Reālas diodes strāvas-sprieguma raksturlielums parāda elektriskās pārrāvuma reģionu, kad nelielam reversā sprieguma pieaugumam strāva strauji palielinās.

Elektriskie bojājumi ir atgriezeniski. Atgriežoties darba zonā, diode nezaudē savas īpašības. Ja reversā strāva pārsniedz noteiktu vērtību, tad elektriskā kļūme kļūs par neatgriezenisku termisku ar ierīces atteici.

Rīsi. 1. Pusvadītāju taisngriezis: a — parasts grafiskais attēlojums, b — ideāls strāvas-sprieguma raksturlielums, c — reālais strāvas-sprieguma raksturlielums

Nozare galvenokārt ražo germānija (Ge) un silīcija (Si) diodes.

Silīcija diodēm ir zemas reversās strāvas, augstāka darba temperatūra (150 - 200 ° C pret 80 - 100 ° C), tās iztur augstu pretējo spriegumu un strāvas blīvumu (60 - 80 A / cm2 pret 20 - 40 A / cm2). Turklāt silīcijs ir izplatīts elements (atšķirībā no germānija diodēm, kas ir retzemju elements).

Germānija diožu priekšrocības ietver zemu sprieguma kritumu, plūstot līdzstrāvai (0,3 - 0,6 V pret 0,8 - 1,2 V). Papildus uzskaitītajiem pusvadītāju materiāliem gallija arsenīds GaAs tiek izmantots mikroviļņu ķēdēs.

Saskaņā ar ražošanas tehnoloģiju pusvadītāju diodes iedala divās klasēs: punktveida un plaknes.

Punkta diodes veido n-veida Si vai Ge plāksni ar laukumu 0,5-1,5 mm2 un tērauda adatu, kas veido p-n savienojumu kontaktpunktā. Mazās platības rezultātā krustojumam ir maza kapacitāte, tāpēc šāda diode var darboties augstfrekvences ķēdēs.Bet strāva caur krustojumu nevar būt liela (parasti ne vairāk kā 100 mA).

Plakanā diode sastāv no divām savienotām Si vai Ge plāksnēm ar dažādu elektrisko vadītspēju. Lielais kontaktu laukums rada lielu savienojuma kapacitāti un salīdzinoši zemu darba frekvenci, bet plūstošā strāva var būt liela (līdz 6000 A).

Taisngriežu diožu galvenie parametri ir:

• maksimālā pieļaujamā tiešā strāva Ipr.max,

• maksimālais pieļaujamais reversais spriegums Urev.max,

• maksimālā pieļaujamā frekvence fmax.

Saskaņā ar pirmo parametru taisngriežu diodes iedala diodēs:

• zema jauda, ​​pastāvīga strāva līdz 300 mA,

• vidējā jauda, ​​līdzstrāva 300 mA - 10 A,

• liela jauda - jauda, ​​maksimālā tiešā strāva tiek noteikta pēc klases un ir 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Impulsu diodes izmanto mazjaudas ķēdēs ar pielietotā sprieguma impulsa raksturu. Īpaša prasība tiem ir īss pārejas laiks no slēgta stāvokļa uz atvērtu stāvokli un otrādi (parastais laiks 0,1–100 μs). UGO impulsu diodes ir tādas pašas kā taisngriežu diodes.

att. 2. Pārejas procesi impulsu diodēs: a — strāvas atkarība, pārslēdzot spriegumu no tiešā uz pretējo, b — sprieguma atkarība, strāvas impulsam ejot cauri diodi.

Impulsu diožu specifiskie parametri ietver:

• atveseļošanās laiks Tvosst

• tas ir laika intervāls starp brīdi, kad diodes spriegums pārslēdzas no uz priekšu uz pretējo, un brīdi, kad reversā strāva samazinās līdz noteiktai vērtībai (2. att., a),

• nostādināšanas laiks Tust ir laika intervāls starp noteiktas vērtības līdzstrāvas sākumu caur diodi un brīdi, kad spriegums uz diodes sasniedz 1,2 no vērtības līdzsvara stāvoklī (2. attēls, b),

• maksimālā atkopšanas strāva Iobr.imp.max., kas vienāda ar lielāko diodei plūstošās reversās strāvas vērtību pēc sprieguma pārslēgšanas no tiešās uz pretējo (2. att., a).

Apgrieztās diodes, ko iegūst, ja piemaisījumu koncentrācija p- un n-apgabalos ir lielāka nekā parastajos taisngriežos. Šādai diodei ir zema pretestība tiešajai strāvai reversā savienojuma laikā (3. att.) un salīdzinoši liela pretestība tiešā savienojuma laikā. Tāpēc tos izmanto nelielu signālu korekcijai ar sprieguma amplitūdu vairāku desmitdaļu voltu.

Rīsi. 3. Apgriezto diožu UGO un VAC

Šotkija diodes, kas iegūtas ar metāla-pusvadītāju pāreju.Šajā gadījumā tiek izmantoti zemas pretestības n-silīcija (vai silīcija karbīda) substrāti ar augstas pretestības plānu epitaksiālo slāni no tā paša pusvadītāja (4. att.).

Rīsi. 4. UGO un Šotkija diodes struktūra: 1 — sākotnējais silīcija kristāls ar zemu pretestību, 2 — silīcija epitaksiālais slānis ar augstu pretestību, 3 — kosmosa lādiņa apgabals, 4 — metāla kontakts.

Epitaksiskā slāņa virsmai tiek uzlikts metāla elektrods, kas nodrošina iztaisnošanu, bet neinjicē mazākuma nesējus serdes reģionā (visbiežāk zelts). Tāpēc šajās diodēs nav tādu lēnu procesu kā mazākuma nesēju uzkrāšanās un rezorbcija bāzē. Tāpēc Šotkija diožu inerce nav augsta. To nosaka taisngrieža kontakta barjeras kapacitātes vērtība (1 — 20 pF).

Turklāt Šotkija diožu sērijveida pretestība ir ievērojami zemāka nekā taisngriežu diodēm, jo ​​metāla slānim ir zema pretestība salīdzinājumā ar jebkuru, pat ļoti leģētu pusvadītāju. Tas ļauj izmantot Schottky diodes, lai labotu ievērojamas strāvas (desmitiem ampēru). Tos parasti izmanto sekundāro ierīču komutācijā, lai iztaisnotu augstfrekvences spriegumus (līdz vairākiem MHz).

Potapovs L.A.