72285

Полупроводниковые диоды

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выпрямительные диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого тока различают выпрямительные диоды малой средней и большой мощности. Диоды малой мощности предназначены для выпрямления токов до 300мА диоды средней и большой...

Русский

2014-11-20

94 KB

1 чел.

Министерство транспорта РФ

МГУ имени адм. Г.И.Невельского

Кафедра электронной схемотехники и микропроцессоров

РЕФЕРАТ
Полупроводниковые диоды

                                                          Выполнил: студент группы 2041

                                                Пермяков И.М.

                             

Владивосток 2007

1.Выпрямительные диоды

 

УГО:

Система классификации и обозначения.

Выпрямительные  диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого тока различают выпрямительные диоды малой, средней и большой мощности. Диоды малой мощности предназначены для выпрямления токов до 300мА, диоды средней и большой мощности—для выпрямления токов соответственно от 300 мА до 10 А и от 10 до 1000 А.

По ГОСТу в маркировке  во второй части обозначаются буквой «Д», в третьей части ставиться цифра «1», «2», «3» соответствующая классу мощности диода.

Физические принципы работы.

Выпрямительным называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Принцип работы выпрямительных диодов основан на выпрямительном свойстве р-n -перехода.

Промышленность выпускает германиевые и кремниевые диоды. Преимущества кремниевых диодов: малые обратные токи, возможность использования при более высоких температурах окружающей среды и больших обратных напряжениях, большие допустимые плотности прямого тока .Преимущества германиевых диодов: малое падение напряжения при пропускании прямого тока .

        Диоды, предназначенные для работы в различных выпрямительных схемах источников питания, могут выпрямлять токи низкой частоты. В таких диодах применяют, как правило, плоскостные р-n -переходы, изготовленные сплавным или диффузионным методом. Большинство выпрямительных диодов, предназначенных для работы в устройствах преобразования электрических сигналов в радиоэлектронной аппаратуре (детекторы, ограничители уровня и др.

        По методам изготовления, конструктивному исполнению, характеристикам и параметрам эти группы диодов существенно отличаются от низкочастотных выпрямительных диодов и называются высокочастотными выпрямительными диодами.

        Справочный параметр низкочастотных выпрямительных диодов малой мощности — допустимый выпрямительный ток /maXnp (допустимое среднее значение прямого тока), который определяет в заданном диапазоне температур допустимое среднее за период значение длительно протекающих через диод импульсов прямого тока синусоидальной формы при паузах в 180° (полупериод) и частоте/^ 50 Гц. Это напряжение диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности.

Значения максимально обратного напряжения маломощных выпрямительных диодов находятся в диапазоне от десятков вольт до 1200 В. Обратные токи не превышают 300 мкА для германиевых диодов и 10 мкА для кремниевых. Конструктивно выпрямительный диод выполнен в металлическом герметичном сварном корпусе.

        В выпрямительных диодах средней мощности большой прямой ток достигается увеличением размеров кристалла, в частности рабочей площади р-n-перехода.

Диоды средней мощности преимущественно выпускают кремниевыми. В связи с этим обратный ток таких диодов при сравнительно большой площади р-n -перехода достаточно мал (несколько десятков микроампер). Теплота, выделяемая в кристалле от протекания прямого тока в диодах средней мощности, уже не может быть рассеяна корпусом прибора.

Для улучшения условий теплоотвода в этих диодах применяют дополнительные охладители-радиаторы.

Чтобы уменьшить механические напряжения, возникающие от нагрева и охлаждения при работе диода, материал корпуса и трубки делают из сплава ковара (29 % №, 18 % Со и 53 % Fe), у которого коэффициент линейного расширения равен коэффициенту расширения стекла.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Uпр.ср.

Uобр.max

Uобр.и.max

Iпр.ср

Iобр.ср (Iобр.) при Uобр.max

Iпр.ср.

Iпр.и.max

2. Варикапы

УГО:

Система классификации и обозначения.

Варикапы делятся на подстроечные и умножительные.

По ГОСТу в маркировке  во второй части обозначаются буквой «В», в третьей части ставиться цифра «1», «2» соответствующая типа варикапа.

Физические принципы работы.

Варикап - это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n перехода от обратного напряжения. Принцип работы варикапа основан на свойствах барьерной емкости p-n перехода, причем при увеличении обратного напряжения на переходе его емкость уменьшается. Эта емкость имеет относительно высокую добротность (величина колебательного контура), низкий уровень собственных шумов и не зависит от частоты вплоть до миллиметрового диапазона.

Варикапы удобны тем, что, подавая на них постоянное напряжение смещения, можно дистанционно и практически безинерционно менять их емкость и тем самым резонансную частоту контура, в который включен варикап. Варикапы применяют для усиления и генерации СВЧ сигналов, перестройки частоты колебательных контуров (его образует катушка индуктивности с конденсатором; колебательный контур служит для улавливания и усиления электромагнитных волн и преобразования их в колебания электрического тока) или автоподстройки частоты.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Qв  - добротность варикапа

Свтемпературный  коэффициент емкости

Kс - коэффициент перекрытия по емкости

Cв – емкость варикапа

Uобр.

Uобр.max

Iобр.

Pmax

3. Стабилитроны

УГО:

Система классификации и обозначения.

Стабилитроны диоды классифицируются по мощности. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого напряжения различают стабилитроны диоды малой, средней и большой мощности. Стабилитроны малой мощности имеют мощность до 0.3Вт, стабилитроны средней и большой мощности – соответственно от 0.3 до 5Вт и 5Вт и более.

По ГОСТу в маркировке  во второй части обозначаются буквой «С», в третьей части ставиться цифра, соответствующая напряжения стабилизации .

Для стабилитронов малой мощности :

0.1 … 9.9В      -        101 … 199

10 … 99           -        201 … 299

100 … 199       -        301 … 399

Средней мощности:

0.1 … 9.9В      -        401 … 499

10 … 99В           -        501 … 599

100 … 199В      -        601 … 699

 

    Большой мощности:

0.1 … 9.9В      -        701 … 799

10 … 99В           -        801 … 899

100 … 199В       -        901 … 999

Физические принципы работы.

Стабилитроны очень похожи на диоды с p-n переходом. Они сконструированы для пропускания, главным образом, обратного тока. Стабилитроны широко применяются для управления напряжением в цепях любого типа.

Высокое напряжение обратного смещения, приложенное к диоду, может создать сильный обратный ток, который перегреет диод и приведет к пробою диода. Обратное напряжение, при котором наступает пробой, называется напряжением пробоя или максимальным обратным напряжением. Специальный диод, который называется стабилитроном, предназначен для работы в режиме обратного смещения. Он рассчитан для работы при напряжениях, превышающих напряжение пробоя. Эта область пробоя называется областью стабилизации.

Когда напряжение обратного смещения достаточно велико для того, чтобы вызвать пробой стабилитрона, через него течет высокий обратный ток до наступления пробоя обратный ток невелик. После наступления пробоя обратный ток резко возрастает. Это происходит потому, что сопротивление стабилитрона уменьшается при увеличении обратного напряжения. Напряжение пробоя стабилитрона определяется удельным сопротивлением диода. Оно, в свою очередь, зависит от техники легирования, использованной при изготовлении диода. Паспортное напряжение пробоя - это обратное напряжение при токе стабилизация. Ток стабилизации несколько меньше максимального обратного тока диода. Напряжение пробоя обычно указывается с точностью от 1 до 20%.

Способность стабилитрона рассеивать мощность уменьшается при увеличении температуры. Следовательно, рассеиваемая стабилитроном мощность указывается для определенной температуры. Величина рассеиваемой мощности также зависит от длины выводов: чем короче выводы, тем большая мощность рассеивается на диоде. Производитель указывает также коэффициент отклонения для того, чтобы определить рассеиваемую мощность при других температурах. Например, коэффициент отклонения 6 милливатт на градус Цельсия означает, что рассеиваемая диодом мощность уменьшается на 6 милливатт при повышении температуры на один градус. Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и обычные диоды. Маломощные стабилитроны выпускаются в корпусах из стекла или эпоксидной смолы. Мощные стабилитроны выпускаются в металлическом корпусе.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Uст.  - напряжение стабилизации

Iст. - ток стабилизации

Iст.max

Iст.min

rст. - дифференциальное сопротивление стабилизации

ст.  - температурный  коэффициент напряжения стабилизации

Uст.  -  допускаемый разброс значения напряжения стабилизации от номинального значения

4. Светодиоды

УГО:

Система классификации и обозначения.

Светодиоды классифицируются по диапазону изучения и яркости.

По ГОСТу в маркировке  во второй части обозначаются буквой «Л», в третьей части ставиться цифра «1» соответствующая светодиоду излучающему в ИК-диапазоне, цифра  «2» соответствует фотодиоды с яркость до 500 нт, «4» более 500 нт.

Физические принципы работы.

Светодиодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры Процесс самопроизвольной рекомбинации инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p-n переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на более низкий; при этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света.

Чтобы кванты энергии – фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой (Еg > 1,8 эВ). Исходя из этого ограничения, для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), твердые растворы: галлий—мышьяк—фосфор (GaAsP) и галлий—мышьяк—алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (Eg > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ-активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения светодиода. Например, на основе фосфида галлия, легированного определенным количеством цинка, кислорода или азота, получают светодиоды зеленого, желтого и красного цветов свечения. Тройные соединения GaAsP и GaAsAl используют, в основном, для получения светодиодов красного цвета свечения.

Обычно излучение светодиодов является монохроматическим с оговоренной для каждого типа максимальной длиной волны, имеющий незначительный разброс внутри каждого типа. Светодиоды с управляемым цветом свечения изготавливаются на основе двух светоизлучающих переходов, один из которых имеет резко выраженный максимум спектральной характеристики в красной полосе, другой — в зеленой. При совместной работе цвет результирующего излучения зависит от соотношения токов через переходы. Основным технологическим методом изготовления светодиодов является метод эпитаксиального наращивания. Это жидкофазная эпитаксия или эпитаксия из газовой фазы. В некоторых случаях, в основном, при использовании карбида кремния, применяется метод диффузии примесей (акцепторных или донорных) из газовой фазы, проводящийся внутри кварцевых ампул.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Uпр.

Uобр.max

Uобр.и.max

Iпр

Iпр.и.max

Iс - сила света

L - яркость

- максимум спектрального распределения

tн.изл - время нарастания излучения

tc.изл  - время спада излучения

       - ширина спектра излучения  

5. Фотодиоды

УГО:

Система классификации и обозначения.

По ГОСТу в маркировке  во второй части обозначаются буквой «Ф».

Физические принципы работы.

Фотодиод, полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней фотопроводимости при воздействии на него оптического излучения. Ф. представляет собой полупроводниковый кристалл обычно с электронно-дырочным переходом (р–n-переходом), снабженный 2 металлическими выводами (один от р-, другой от n-области) и вмонтированный в металлический или пластмассовый защитный корпус. Материалами, из которых выполняют Ф., служат Ge, Si, GaAs, HgCdTe и др.

 Различают 2 режима работы Ф.: фотодиодный, когда во внешней цепи Ф. содержится источник постоянного тока, создающий на р–n-переходе обратное смещение, и вентильный, когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режиме Ф., как и фоторезистор, используют для управления электрическим током в цепи Ф. в соответствии с изменением интенсивности падающего излучения. Возникающие под действием излучения неосновные носители диффундируют через р–n-переход и ослабляют электрическое поле последнего. Фототок в Ф. в широких пределах линейно зависит от интенсивности падающего излучения и практически не зависит от напряжения смещения. В вентильном режиме Ф., как и полупроводниковый фотоэлемент, используют в качестве генератора фотоэдс.

В лавинном Ф., представляющем собой разновидность Ф. с р–n-cтруктурой, для увеличения чувствительности используют т. н. лавинное умножение тока в р–n-переходе, основанное на ударной ионизации атомов в области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 102–104. Существуют также Ф. с р–i–n-cтруктурой, близкие по своим характеристикам к Ф. с р–n-cтруктурой; по сравнению с последними они обладают значительно меньшей инерционностью (до 10-10 сек).

 Ф. находят применение в устройствах автоматики, лазерной техники, вычислительной техники, измерительной техники и т.п.

Параметры эксплутационные и предельные электрические.

Uпр.ср.

Uобр.max

Uобр.и.max

Iпр.ср

Iобр.ср (Iобр.) при Uобр.max

Iпр.ср.

Iпр.и.max

 Основные параметры Ф.: 1) порог чувствительности (величина минимального сигнала, регистрируемого Ф., отнесённая к единице полосы рабочих частот), достигает 10-14  Вт/Гц1/2; 2) уровень шумов – не свыше 10-9 а; 3) область спектральной чувствительности лежит в пределах 0,3–15 мкм; 4) спектральная чувствительность (отношение фототока к потоку падающего монохроматического излучения с известной длиной волны) составляет 0,5–1 а/Вт; 5) инерционность (время установления фототока) порядка 10-7–10-8 сек.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14735. Исследование радиационных характеристик источников ИК излучения 1.03 MB
  Исследование радиационных характеристик источников ИК излучения Цель работы: Изучить характеристики и конструкции источников ИК излучения Овладеть приемами аналитического расчета Овладеть приемами экспериментального определения облученности ...
14736. Изучение конструкции установки для осаждения эпитаксиальных слоев твердых растворов А iii B V ЭПИТРОН – 1С 1.45 MB
  Лабораторная работа №4 Изучение конструкции установки для осаждения эпитаксиальных слоев твердых растворов А iii B V Эпитрон – 1С. Цель работы: I изучить физикохимические основы процесса получения структур типа из газовой фазы; 2 изучить конструкцию технические х
14737. Изучение устройства и исследование характеристик элементов ГС технологического оборудования микроэлектроники 1.63 MB
  Лабораторная работа №3 Изучение устройства и исследование характеристик элементов ГС технологического оборудования микроэлектроники Цель работы: I изучить физические основы работы элементов газовых систем; 2 изучить конструкцию элементов газовых систем; 3 исслед
14738. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов 1.86 MB
  Лабораторная работа по физике № 230 Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Выяснить зависимость: диэлектрической проницаемости материалов от частоты от напряженности эл. поля зависимость емкости конденсатора ...
14739. Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних креслень 246.3 KB
  Звіт про лабораторну роботу №1 з дисципліни Технології проектування комп’ютерних систем на тему: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних креслень. Тема роботи: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних кресле...
14740. Використання системи AutoCAD для побудови і редагування тривимірних креслень 92.03 KB
  Звіт про лабораторну роботу №2 з дисципліни Технології проектування комп’ютерних систем на тему: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування тривимірних креслень. Тема роботи: Використання системи AutoCAD для побу дови і редагування тривимірних кресле...
14741. Тонування зображень тривимірних креслень в системі AutoCAD 181.8 KB
  Звіт про лабораторну роботу №3 з дисципліни Технології проектування комп’ютерних систем Тема роботи: Тонування зображень тривимірних креслень в системі AutoCAD. Мета роботи: отримати практичні навики по вибору виду для тонування підбору освітлення об'єктів і завда...
14742. Використання системи КОМПАС-ГРАФІК для побудови і редагування двовимірних, тримірних креслень 120.82 KB
  Звіт про лабораторну роботу №4 з дисципліни Технології проектування комп’ютерних систем Тема роботи: Використання системи КОМПАСГРАФІК для побудови і редагування двовимірних тримірних креслень. Мета роботи: Отримати практичні навики по вибору виду для тонуван
14743. Исследование процесса гибки-формовки 1.03 MB
  Раздел МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ к ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2 Исследование процесса гибкиформовки 1. Содержание лабораторной работы 1.1 Цель и задачи лабораторной работы Ознакомится с характерными особенностями и технологическими возможностями процесса гибки; в...