89396

Выпрямительные, типа PIN, поликристаллические, точечные, диоды с барьером Шотки и стабилитроны

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выпрямительные: Выпрямительные диоды диоды предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришлидиоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты четыре диода в одном корпусе. По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности Iпр.

Русский

2015-05-12

69.14 KB

0 чел.

Выпрямительные, типа PIN, поликристаллические, точечные, диоды с барьером Шотки и стабилитроны.

-Выпрямительные:

Выпрямительные диоды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришлидиоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты (четыре диода в одном корпусе). Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров выпрямительных диодов не предъявляют специальных требований.

Основные параметры выпрямительных диодов:

  1.  среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;
  2.  средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;
  3.  допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;
  4.  средний прямой ток Iпр.ср.;
  5.  частота без снижения режимов.

Частотный диапазон выпрямительных диодов невелик. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, предельная частота выпрямительных диодов не превышает 20 кГц.

По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности (Iпр.ср. ≤ 0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А < Iпр.ср. < 10 А) и мощные (силовые) диоды (Iпр.ср. ≥ 10 А).

В состав параметров диодов входят диапазон температур окружающей среды (для кремниевых диодов обычно от -60 до +125 °С) и максимальная температура корпуса.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Для повышения коэффициента полезного действия выпрямительные диоды включают по мостовой (реже полумостовой) схеме, чтобы питание нагрузки осуществлялось на протяжении обоих полупериодов.

-типа PIN:

PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник(i-область). p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу.

Широкая нелегированная i-область делает pin-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике.

Как правило предназначен для работы в сантиметровом диапазоне волн.

Принцип работы

Характерные качества pin-диода проявляются при работе в режиме сильной инжекции, когда i-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n+ и p+ областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжения. pin-диод функционально можно сравнить с ведром воды с отверстием сбоку: как только ведро наполняется до уровня отверстия, оно начинает протекать. Точно так же и диод начинает пропускать ток, как только заполнится носителями заряда i-область.

Из-за того, что в i-области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции. Но в режиме прямого смещения концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию.

Характеристики

На низких частотах для pin-диода справедливы те же уравнения, что и для обычного. На высоких частотах pin-диод ведет себя как практически идеальный резистор — его вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейна даже для очень большого значения напряжения. На высоких частотах в i-области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i-области рекомбинирует и диод выключается.

Реактивное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через pin-диод. Таким образом, можно варьировать значение сопротивления в широких пределах — от 0,1 Ом до 10 кОм — меняя постоянную составляющую тока.

Большая ширина i-области также означает, что pin-диод имеет небольшую ёмкость при обратном смещении.

Области пространственного заряда (ОПЗ) в pin-диоде практически полностью находятся в i-области. По сравнению с обычными, pin-диод имеет значительно бо́льшую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения. Таким образом увеличивается объем полупроводника, где могут быть образованы электронно-дырочные пары под воздействием излучения (например, оптического —фотона). Некоторые фотодетекторы, такие как pin-фотодиоды и фототранзисторы (в которых переход база-коллектор является pin-диодом), используют pin-переход для реализации функции детектирования.

При проектировании pin-диода приходится искать компромисс: с одной стороны, увеличивая величину i-области (а соответственно, и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время. Поэтому, как правило, pin-диоды каждый раз проектируются под конкретное приложение.

-поликристаллические:

ПОЛИКРИСТАЛЛИ́ЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ́, полупроводниковые вещества в поликристаллическом состоянии. Представляют большой практический интерес, так как получение полупроводника в виде поликристаллического слитка или пленки технологически более простой и производительный процесс, удешевляющий полупроводниковые материалы и изготавливаемые на их основе приборы.

Поликристаллические полупроводники являются исходным сырьем для выращивания монокристаллов. Основной проблемой при получении поликристаллических полупроводников является достижение максимальной чистоты, определяемой минимальными концентрациями неконтролируемых примесей или разностной концентрацией основных носителей заряда в сочетании с минимальной степенью компенсации. В отдельных случаях в полупроводниках лимитируют содержание некоторых примесей (кремния в полупроводниковых соединениях, кислорода и углерода в элементарных полупроводниках).

Поликристаллические полупроводниковые материалы имеют большие потенциальные возможности применения в микроэлектронике и производстве дешевых тонкопленочных солнечных батарей. Прогресс технологий получения поликристаллических пленок уже позволил предложить много новых устройств:резисторов, диодов, биполярных и MOS-транзисторов. Потенциальная полезность поликристаллических полупроводников зависит от кристаллического совершенства зерен и электронных свойств их границ.

Больше не нашел про поликристаллические диоды.

-точечный диод:

Точечный диод — это диод с очень малой площадью электрического перехода, который может быть получен вплавлением металлической иглы с нанесенной на неё примесью в полупроводниковую пластинку с определенным типом электропроводимости.

Благодаря малой площади p-n перехода, и как следствие маленькой ёмкости перехода, точечный диод обычно имеет предельную частоту около 300—600 МГц. При использовании более острой иглы без электроформовки получают точечные диоды с предельной частотой порядка десятков гигагерц.

Малая площадь p-n перехода обуславливает также и недостатки точечного диода: максимальное обратное напряжение обычно не превышает 3—5 В, максимальный ток также сильно ограничен. Исторически точечные диоды появились раньше плоскостных, но процессы в них происходящие значительно сложнее и до сих пор полностью не изучены. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики точечного диода имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, обусловленный тепловым пробоем - этот участок называется "участком Лосева", поскольку советский физик Лосев впервые в мире использовал в 1922 г. в схемах усилителей и генераторов (кристадины). Практическое использование точечного диода в зоне участка Лосева для генерации или усиления сигналов нецелесообразно, поскольку имеется большой разброс значений отрицательного сопротивления и координат начала и конца участка в различных экземплярах. Кроме того в таком режиме имеется малая стабильность параметров во времени и мал срок службы (из-за перенапряжённого режима); частотный предел в схемах с использованием участка Лосева невелик (десятки - сотни килогерц) из-за инерционности тепловых процессах в точечном диоде. Но принципиально явление усиления и генерации двухполюсниками, впервые использованное в точечном диоде используется в диоде Ганна, туннельных диодах и др. Точечные диоды применяют в детекторах радиоприёмников для выделения низкочастотной составляющей из высокочастотного сигнала. Поскольку точечные диоды имеют малую ёмкость p-n перехода, то они ранее применялись в СВЧ-технике.

-диоды с барьером Шоттки:

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 В (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Структура детекторного Шотки диода : 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

  1.  В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.
  2.  Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строитьвыпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.
  3.  Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

Недостатки

  1.  при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого[1] пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.
  2.  диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

-стабилитроны:

Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а егодифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом[1]. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов[2].

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В. Интегральныестабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяется для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

Туннельный, или зенеровский, пробой возникает в полупроводнике только тогда, когда напряжённость электрического поля в p-n-переходе достигает уровня в 106 В/см. Такие уровни напряжённости возможны только в высоколегированных диодах (структурах p+-n+-типа проводимости) с напряжением пробоя не более шестикратной ширины запрещённой зоны (6 EG ≈ 6,7 В), при этом в диапазоне от 4 EG до 6 EG (4,5…6,7 В) туннельный пробой сосуществует с лавинным, а при напряжении пробоя менее 4 EG (≈4,5 В) полностью вытесняет его. С ростом температуры перехода ширина запрещённой зоны, а вместе с ней и напряжение пробоя, уменьшается: низковольтные стабилитроны с преобладанием туннельного пробоя имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН).

В диодах с меньшими уровнями легирования, или меньшими градиентами легирующих примесей, и, как следствие, бо́льшими напряжениями пробоя наблюдается лавинный механизм пробоя. Он возникает при концентрациях примесей, примерно соответствующих напряжению пробоя в 4 EG (≈4,5 В), а при напряжениях пробоя выше 4 EG (≈7,2 В) полностью вытесняет туннельный механизм. Напряжение, при котором возникает лавинный пробой, с ростом температуры возрастает, а наибольшая величина ТКН пробоя наблюдается в низколегированных, относительно высоковольтных, переходах.

Основные характеристики стабилитрона

- Токи и напряжения стабилизации -  ток стабилизации (Iст) и напряжение стабилизации (Uст) стабилитрона как значения постоянных напряжений и токов в режиме стабилизации.

- Дифференциальное сопротивление - равно отношению приращения напряжения стабилизации к приращению тока стабилизации в точке с заданным (обычно номинальным) током стабилизации.

- Температурный коэффициент напряжения - «отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды» при заданном постоянном токе стабилизации.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5387. Расчёт экономической эффективности внедрения нового типа ВС 83.5 KB
  Задание. Рассчитать экономическую эффективность сравниваемых типов ВС: Ту-214 и А-320 (количество пассажирских кресел - 160) на основании расчёта себестоимости рейса и квартальной программы полётов по следующим статьям расходов: Расходы н...
5389. Строительство автомобильной дороги в Кировской области 444.5 KB
  К реконструкции участка автомобильной дороги относятся работы по замене изношенных и устаревших элементов более прочными и экономичными, обеспечивающими (с учетом деления на перспективу) повышение транспортно-эксплуатационных характеристик...
5390. Політологія як наука. Предмет і методи політології. Конспект лекцій 854 KB
  Предмет і методи політології. План Політика як суспільне явище. Об'єкт, предмет, структура та функції політології. Категорії політології. Методи політології. Зв'язок політології з суспільними науками. Політика...
5391. Введение. Предмет и содержание гигиены, экологии и экологии человека 23.87 KB
  Предмет и содержание гигиены, экологии и экологии человека. Предметом гигиены является изучение закономерностей взаимодействия факторов природной и социальной среды и организма человека, исследование причинно-следственных связей в систе...
5392. Суспільне виробництво та його результати 54.5 KB
  Суспільне виробництво та його результати Поняття суспільного виробництва. Основні фактори суспільного виробництва. НТП та НТР і їх наслідки. Результативні показники суспільного виробництва. Економ...
5393. Товарне виробництво 52 KB
  Товарне виробництво Форми суспільного господарства: натуральне і товарне виробництво. Товарне виробництво: ознаки, умови, історичні види. Основні властивості товару. Величина вартості товару. Історично визначають два основні ...
5394. Классификация болезней периодонта 73 KB
  Классификация болезней периодонта На основании проведённого клинического исследования пациента установляется диагноз согласно принятой классификации болезней периодонта. Международная классификация болезней десны и периодонта (МКБ -10) КО 5.0 Острый...
5395. Законодательные основы предпринимательской деятельности в фармации 27.93 KB
  Законодательные основы предпринимательской деятельности в фармации 1.Проверка делового партнёра 2.Понятие и значение сделки. 3.Основные виды сделок 4.Недействительность сделок 5.Сроки исковой давности. ЗАДАЧА—установление честности, добропорядо...