1 / 55

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковые диоды. Слайд 1 . Всего 54. Электроника. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ. Автор Останин Б.П. Конец слайда. Основное обозначение. А. К. Формула для идеального диода. Полупроводниковые диоды. Слайд 2. Всего 54. Полупроводниковые диоды. i s - ток насыщения (тепловой ток).

theola
Download Presentation

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Полупроводниковые диоды. Слайд 1. Всего 54 Электроника ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Автор Останин Б.П. Конец слайда

  2. Основное обозначение А К Формула для идеального диода Полупроводниковые диоды. Слайд 2. Всего 54 Полупроводниковые диоды is - ток насыщения (тепловой ток) На реальную прямую ветвь влияют: 1. сопротивления слоёв полупроводника (особенно базы); 2. сопротивления контактов металл-полупроводник. Из-за этого напряжение на реальном диоде при заданном токе несколько больше (обычно на доли вольта), чем следует из формулы. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  3. Полупроводниковые диоды. Слайд 3. Всего 54 Полупроводниковые диоды Реальная обратная ветвь. Основные причины того, что реально обратный ток обычно на несколько порядков больше тока is: 1. термогенерация носителей непосредственно в области p-n перехода; 2. поверхностные утечки. Для ориентировочных расчётов: ток is удваивается примерно на каждые 5С; ток термогенерации примерно на каждые 10С. При температуре около 100С ток is сравнивается с током термогенерации. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  4. Полупроводниковые диоды. Слайд 4. Всего 54 Полупроводниковые диоды Поверхностные токи утечки часто составляют подавляющую долю обратного тока. Причины: поверхностные энергетические уровни, обеспечивающие активные процессы генерации и рекомбинации; 2. молекулярные и ионные плёнки, шунтирующие p-n переход. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  5. RП LВ RO СБАР СДИФ СВ RП RO ROБР RП RO ROБР СДИФ СБАР Полупроводниковые диоды. Слайд 5. Всего 54 Полупроводниковые диоды Автор Останин Б.П. Конец слайда

  6. Полупроводниковые диоды. Слайд 6. Всего 54 i VD RH uД uH u Рабочий режим диода Автор Останин Б.П. Конец слайда

  7. Полупроводниковые диоды. Слайд 7. Всего 54 Точка А Точка Б Линия нагрузки При uД = 0 ток При uД = u ток Получились две точки с координатами Конец слайда Автор Останин Б.П.

  8. iПР Р iн u 0 uH uД u Полупроводниковые диоды. Слайд 8. Всего 54 Линия нагрузки A Б iД = iН Автор Останин Б.П. Конец слайда

  9. R А К iУ А К C Полупроводниковые диоды. Слайд 9. Всего 54 Математические модели диодов Математическая модель – это совокупность эквивалентной схемы и математических выражений, описывающих элементы эквивалентной схемы. Пример модели (используется в программе MicroCap-2). Модель универсальная. Хорошо моделирует диод как в статическом режиме, так и в динамическом. Учитывает влияние температуры. Сопротивление R введено в схему с целью учёта тока утечки. Ёмкость С моделирует барьерную и диффузионную ёмкости диода. Управляемый источник iУ моделирует статическую ВАХ диода. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  10. i i1 0 u0 u i0 i2 Полупроводниковые диоды. Слайд 10. Всего 54 Аппроксимированная ВАХ диода При ориентировочных расчётах часто пользуются кусочно-линейной аппроксимацией ВАХ диода. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  11. u0 rДИФ. ПР. К А rДИФ. ОБР. К А i0 Полупроводниковые диоды. Слайд 11. Всего 54 Эквивалентные схемы для прямой и обратной аппроксимированных ветвей диода. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  12. VD RH I UД UR U u0 rДИФ. ПР. RH I UR UД U Полупроводниковые диоды. Слайд 12. Всего 54 Рассчитаем ток и напряжение в простейшей схеме постоянного тока Эквивалентная схема Автор Останин Б.П. Конец слайда

  13. rДИФ. ПР. u0 RH I UR U UД Полупроводниковые диоды. Слайд 13. Всего 54 Автор Останин Б.П. Конец слайда

  14. i ВАХ идеального диода ВАХ реального диода u 0 rДИФ. ПР = 0,u0 = 0 К К К А А А i0 = 0, rДИФ. ОБР =  К А Полупроводниковые диоды. Слайд 14. Всего 54 При приближённом анализе можно пренебречь величинами rДИФ. ПР и u0 (получится «закоротка»), а также пренебречь обратным током i0 и сопротивлением rДИФ. ОБР (заменить разрывом). Схема идеального диода в прямом направлении Схема идеального диода в обратном направлении Автор Останин Б.П. Конец слайда

  15. R SA uД VD u1 u2 Полупроводниковые диоды. Слайд 15. Всего 54 Работа диода в импульсном режиме (при резком переключении) Считаем, что напряжения u1 и u2 значительно больше прямого падения напряжения на диоде. Тогда Сразу после переключения ключа SA в течение времени рассасывания tРАС протекает ток Автор Останин Б.П. Конец слайда

  16. Полупроводниковые диоды. Слайд 16. Всего 54 За время tРАС в базе рассасывается заряд, накопленных при протекании тока i1 неравновесных носителей заряда. Заряд уменьшается в результате рекомбинации и перехода неосновных носителей в эмиттер. По истечении tРАС концентрация неосновных носителей в базе на границе p-n перехода становится равновесной. В глубине же базы неравновесный заряд ещё существует. Длительность tРАС прямо пропорциональна среднему времени жизни неосновных носителей в базе и зависит от соотношения токов i1 и i2. Чем больше по модулю ток i2, тем меньше, при заданном токе i1, время рассасывания. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  17. Полупроводниковые диоды. Слайд 17. Всего 54 u u1 t1 0 t u2 i i1 t2 t3 t1 i3 t 0 iОБР УСТ i2 tРАС tСП tВОС uД u1 t t2 t3 0 t1 u2 Автор Останин Б.П. Конец слайда

  18. А К VD ТР RH uВХ uВЫХ Полупроводниковые диоды. Слайд 18. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Выпрямительные диоды. Выпрямление переменного тока один из основных процессов в радиоэлектронике. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  19. Полупроводниковые диоды. Слайд 19. Всего 54 VD ТР uВХ RH uВЫХ uВХ 0 t uВЫХ U0 0 t ud 0 t id 0 t Однополупериодный выпрямитель Автор Останин Б.П. Конец слайда

  20. VD1 VD2 uВХ RH uВЫХ VD3 VD4 Полупроводниковые диоды. Слайд 20. Всего 54 Двухполупериодный выпрямитель uВЫХ= uH, id = iH Автор Останин Б.П. Конец слайда

  21. Полупроводниковые диоды. Слайд 21. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Стабилитрон. Это полупроводниковый прибор, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. В стабилитронах может иметь место и туннельный и лавинный и смешанный пробой в зависимости от сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой имеет место туннельный пробой (низковольтный - до 5,7 В), а в стабилитронах с высокоомной базой (высоковольтных) – лавинный пробой. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  22. i, мA 0 -4 -16 -12 -8 u, В -10 -20 -30 100°С -55°С -40 25°С Стабилитрон Пример. ВАХ кремниевого стабилитрона Д814Д.

  23. Полупроводниковые диоды. Слайд 23. Всего 54 Стабилитрон Основные параметры стабилитрона: UСТ - напряжение стабилизации при заданном токе в режиме пробоя; IСТ. МИН - минимально допустимый ток стабилизации; IСТ. МАКС - максимально допустимый ток стабилизации; rСТ - дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке пробоя; Uст- температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)- это отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры при постоянном токе стабилизации. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  24. Полупроводниковые диоды. Слайд 24. Всего 54 Стабилитрон Пусть при температуре t1 напряжение стабилизации было равно UСТ1. Тогда при температуре t2 У стабилитронов с туннельным пробоем ТКН отрицателен. У стабилитронов с лавинным пробоем ТКН положителен. Иногда стабилитрон с лавинным пробоем включают последовательно с диодом, работающем в прямом направлении. У диода ТКН отрицательный и он компенсирует положительный ТКН стабилитрона. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  25. I R UR UВХ VD UВЫХ Стабилитрон Пример. Для стабилитрона Д814Д при 25°С: IСТ. МИН = 3 мА; IСТ. МАКС = 24 мА; rСТ - не более 18 Ом; Uст - не более 0,00095 на 1°С. Пример применения. Параметрический стабилизатор В режиме пробоя отсутствует инжекция неосновных носителей, и поэтому нет накопления избыточных зарядов. Вследствие этого стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

  26. Полупроводниковые диоды. Слайд 26. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Стабистор. Это полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участке почти вертикальная). Стабистор предназначен для стабилизации малых напряжений. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  27. Диод Шоттки. В диоде Шоттки используется выпрямляющий контакт металл-полупроводник. Уровень вакуума Полупроводник n- типа Металл П Зона проводимости М FМ Уровни доноров FП З Уровень Ферми металла Уровень Ферми полупроводника Валентная зона Полупроводниковые диоды. Слайд 27. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Автор Останин Б.П. Конец слайда

  28. Уровень вакуума Металл Полупроводник n- типа П Зона проводимости М Уровни доноров FП FМ З Уровень Ферми полупроводника Валентная зона Уровень Ферми металла Полупроводниковые диоды. Слайд 28. Всего 54 Диод Шоттки Автор Останин Б.П. Конец слайда

  29. Полупроводниковые диоды. Слайд 29. Всего 54 Диод Шоттки Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n- типа, то потенциальный барьер понизится и через переход начнёт протекать прямой ток. При противоположном подключении потенциальный барьер увеличивается, и ток оказывается очень малым. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  30. Полупроводниковые диоды. Слайд 30. Всего 54 Диод Шоттки У диодов Шоттки отсутствует инжекция неосновных носителей заряда, а, следовательно иявления накопления и рассасывания заряда, поэтому диоды Шоттки – очень быстродействующие приборы. Они могут работать на частотах до десятков ГГц. У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) – около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых диодов. Максимальный прямой ток – сотни ампер, максимальное обратное напряжение – сотни вольт. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  31. Полупроводниковые диоды. Слайд 31. Всего 54 Диод Шоттки Пример. Кремниевый диод с барьером Шоттки КД923А. IПР. МАКС = 100 мА; UОБР. МАКС = 14 В (при t  35°C); Время жизни носителей заряда – не более 0,1 нс; Постоянный обратный ток при UОБР = 10 В и при t = 25°C – не более 5 мкА. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  32. Полупроводниковые диоды. Слайд 32. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Варикап. Прибор, ёмкость которого управляется напряжением. На варикап подают обратное напряжение. Барьерная ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения. Характер изменения ёмкости у варикапа такой же, как и у обычного диода. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  33. СД, пФ 200 150 100 50 -100 -80 -60 -40 -20 0 u, В Полупроводниковые диоды. Слайд 33. Всего 54 Варикап Пример. График общей ёмкости диода 2Д212А от обратного напряжения. У этого диода: максимальный постоянный (средний) ток – 1А; максимальное постоянное (импульсное) обратное напряжение 200 В. СД – общая ёмкость диода. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  34. Пример. Туннельный диод 1И104А, предназначен для усиления в диапазоне длин волн 2…10 см (частота более 1ГГц). IПР. МАКС = 1 мА; UОБР. МАКС = 20 мВ Полупроводниковые диоды. Слайд 34. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Туннельный диод. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви ВАХ участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  35. iПР, мА 1И104А 1,6 1,2 0,8 0,4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 uПР, В Туннельный диод Общая ёмкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8…1,9 пФ. Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением позволяет использовать туннельный диод в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов (именно в этом качестве они используются в области СВЧ).

  36. Полупроводниковые диоды. Слайд 36. Всего 54 Разновидности полупроводниковых диодов Обращённый диод. Физические явления в нём подобны явлениям в туннельном диоде. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением на ВАХ отсутствует или очень слабо выражен. Обратная ветвь ВАХ обращённого диода отличается очень малым падением напряжения и используется в качестве прямой ветви, а прямая ветвь в качестве обратной ветви (отсюда название). Автор Останин Б.П. Конец слайда

  37. Полупроводниковые диоды. Слайд 37. Всего 54 Обращённый диод Пример. ВАХ обращённого диода 1И401А, предназначенного, кроме прочего, для работы в импульсных устройствах. У этого диода: постоянный прямой ток - не более 0,3 мА; постоянный обратный ток - не более 4 мА при t  35°C; общая ёмкость в точке минимума ВАХ 1,2…1,5 пФ. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  38. IПР, мA 1И401А 0,6 0,5 +70°С 0,4 +25°С 0,3 -60°С 0,2 0,1 0,2 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 UПР, В 2 4 6 8 IОБР, A Полупроводниковые диоды. Слайд 38. Всего 54 Обращённый диод Автор Останин Б.П. Конец слайда

  39. А К VD1 VD2 VD3 Полупроводниковые диоды. Слайд 39. Всего 54 Последовательное включение диодов Обратные сопротивления однотипных диодов могут отличаться в десятки раз. Пусть в некотором выпрямителе амплитуда обратного напряжения составляет 1000 В. В наличии имеются диоды с UОБР МАКС = 400 В. Следовательно нужно не менее трёх диодов. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  40. Полупроводниковые диоды. Слайд 40. Всего 54 Последовательное включение диодов Предположим, что RОБР1 = 1 Мом, RОБР2 = 1 Мом, RОБР3 = 3 Мом. Тогда UОБР1 = UОБР2 = 200 В, а UОБР3 = 600 В. Третий диод будет пробит. Всё напряжение приложится к оставшимся двум диодам – по 500 В. Сгорят за доли секунды. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  41. RШ1 RШ2 RШ3 А К VD1 VD2 VD3 Полупроводниковые диоды. Слайд 40. Всего 54 Последовательное включение диодов Диоды шунтируют, например сопротивлениями RШ = 100 кОм. Тогда обратное напряжение распределится практически равномерно между диодами. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  42. VD2 VD1 А К Полупроводниковые диоды. Слайд 41. Всего 54 Параллельное включение диодов Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов. Пусть имеются два диода с допустимым прямым током 0,2 А, включённые параллельно, так как нужно получить ток 0,4 А. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  43. i 0,3 0,2 0,1 0,4 0,5 0 uПР, В Параллельное включение диодов При токе 0,2 напряжение на первом диоде (красный) равно 0,4 В, на втором диоде (синий) при этом же напряжении ток равен всего 0,05 А. Увеличивать напряжение нельзя, так как у первого диода ток станет больше допустимого. Чтобы установить правильный режим надо подвести к диодам прямое напряжение 0,5 В, но последовательно с первым диодом включить уравновешивающий резистор RУ, с целью погашения на нём излишнего для него напряжения 0,1 В.

  44. VD2 VD1 RУ А К Ом Полупроводниковые диоды. Слайд 43. Всего 54 Параллельное включение диодов Автор Останин Б.П. Конец слайда

  45. VD i t uД R Полупроводниковые диоды. Слайд 44. Всего 54 Импульсный режим работы диода Автор Останин Б.П. Конец слайда

  46. u И = 1 мкс 0 t, мкс И i 5 Обычный диод 0 t, мкс iОБР УСТ tВОС i И = 1 мкс 5 Импульсный диод 0 t, мкс iОБР УСТ Импульсный режим работы диода

  47. i 5 0 t, мкс iОБР УСТ tВОС Полупроводниковые диоды. Слайд 46. Всего 54 Импульсный режим работы диода Главная причина обратного тока – разряд диффузионной ёмкости, т.е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в p и n областях. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  48. Полупроводниковые диоды. Слайд 47. Всего 54 Импульсный режим работы диода Поскольку концентрации примесей в этих областях весьма различны, то практически импульс обратного тока создаётся рассасыванием заряда накопленного в базе. Например, если n-область является эмиттером, а р-область – базой, то при прямом токе можно пренебречь потоком дырок изр-области в n-область и рассматривать только поток электронов изn- области в р-область. При перемене полярности накопленный заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока. Чем больше был прямой ток, тем больше накапливалось электронов в базе и тем сильнее импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через n-область до металлического вывода от этой области. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  49. n p IПР UПР n p IОБР UОБР Полупроводниковые диоды. Слайд 48. Всего 54 Импульсный режим работы диода Автор Останин Б.П. Конец слайда

  50. Полупроводниковые диоды. Слайд 49. Всего 54 Импульсный режим работы диода Время ВОС называют временем восстановления обратного сопротивления. Это время важный параметр для импульсных диодов. У них ВОС не превышает десятых долей микросекунды. Вторая причина возникновения импульса обратного тока – заряд барьерной ёмкости под действием обратного напряжения. У импульсных диодов она не превышает нескольких пикофарад. Автор Останин Б.П. Конец слайда

More Related