Полупроводниковые диоды. Полупроводниковый диод (рис

Полупроводниковый диод (рис. 67, а), представляет собой двухслойную структуру, которая образуется в одном кристалле. Один слой имеет электропроводность n-типа, а другой р-типа.

Эти слои разделены слоем с собственной электропроводностью; в нем сосредоточен пространственный заряд, положительно заряженных ионов донорной примеси со стороны полупроводника n-типа, и отрицательно заряженных ионов акцепторной примеси — со стороны полупроводника p-типа. Этот слой называется запирающим, так как его электрическое поле препятствует движению основных носителей полупроводников и способствует движению неосновных носителей. В целом эта структура называется п-р-переходом или электронно-дырочным переходом.

ЗАПОМНИТЕ

Основным свойством электронно-дырочного перехода является его односторонняя электропроводимость. Направление, при котором ослабляется действие запирающего слоя (положительный полюс источника напряжения подсоединен к р-области, а отрицательный—к n-области), называется прямым или направлением пропускания тока, а направление, при котором усиливается действие запирающего слоя (отрицательный полюс источника напряжения подсоеди нен к р-области, а положительный — к n-области), называется обратным или направлением запирания.

► При прямом смещении p-n-перехода его электрическая проводимость возрастает и через переход проходит ток, сильно зависящий от приложенного напряжения. При обратном смещении р-я-перехода электрическая проводимость перехода уменьшается и через переход проходит лишь незначительный ток, который слабо зависит от приложенного напряжения.

Электронно-дырочный переход, обладающий односторонней проводимостью, получил название выпрямляющего контакта. Кроме него в диоде имеются еще два невыпрямляющих контакта, с помощью которых области полупроводников p u n (рис. 67, а) соединяются с внешними выводами. Прямой ток диода направлен от анода А (слой р-типа) к катоду К (слой n-типа) по «стрелке».

ЗАПОМНИТЕ

■

В зависимости от выпрямляющего контакта диоды подразделяют на плоскостные (рис. 67,б) и точечно-контактные (рис. 67,в).

Обозначение полупроводникового диода на электрических схемах показано на рис. 67,г.

Вольт-амперная характеристика диода I(U) приведена на (рис. 68). Кривая прямого тока расположена в I квадранте, обратного — в III квадранте. Из графика видно, что прямой ток достаточно сильно зависит от напряжения. При увеличении напряжения ток может превысить допустимое максимальное значение I_mах и тогда произойдет перегрев р-n-перехода — прибор выйдет из строя. Для германиевых диодов напряжения U, при которых ток достигает 0,1 I_mах, находятся в пределах 0,2—0,4 В, для кремниевых — 0,5—0,8 В.

При напряжениях, больших по абсолютному значению U_{o6p max}, обратный ток диода резко возрастает, может статьсоизмеримым с прямымтоком и тогда происходит локальный перегрев, приводящий к разрушениюдиода.

На основе электроннодырочного перехода созданы кремниевые стабилитроны и варикапы.

Особенность вольт-амперной характеристики стабилитрона — резкое увеличение обратного тока при сравнительно малых изменениях обратного напряжения в области, близкой к напряжению пробоя (U_o6p>U_{o6p таx}) — используется при создании стабилизаторов напряжения. Основными параметрами стабилитронов являются: напряжение стабилизации U_cти дифференциальное (динамическое) сопротивление в рабочей точке . Чем меньше R_дин, тем выше качество стабилизации.

На рис. 69, а, б показана простейшая схема включения стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения и его условное обозначение. При увеличении входного напряжения U_вх возрастает ток в цепи R1 — VD. Напряжение на нагрузке U_н, равное напряжению стабилизации, практически не изменяется, а все избыточное напряжение падает на резисторе R1. Вольт-амперные характеристики некоторых промышленных типов стабилитронов показаны на рис. 70 (1— КС133А, 2 —КС156А, 3 — КС182Ж, 4 — КС212Ж),