Lygintuvų diodai

Diodas – dviejų elektrodų puslaidininkinis įtaisas su viena p-n sandūra, kuris turi vienpusį srovės laidumą. Yra daug skirtingų diodų tipų – lygintuvų, impulsų, tunelinių, atvirkštinių, mikrobangų diodų, taip pat zenerio diodų, varikapų, fotodiodų, šviesos diodų ir kt.

Lygintuvų diodai

Lygintuvo diodo veikimas paaiškinamas elektros p — n sandūros savybėmis.

Prie dviejų puslaidininkių ribos susidaro sluoksnis, neturintis judrių krūvininkų (dėl rekombinacijos) ir turintis didelę elektrinę varžą — vadinamasis. Blokuojantis sluoksnis. Šis sluoksnis nustato kontaktinio potencialo skirtumą (potencialų barjerą).

Jei p — n sandūroje bus įjungta išorinė įtampa, sukurianti elektrinį lauką priešinga elektrinio sluoksnio laukui, tada šio sluoksnio storis sumažės ir esant 0,4 — 0,6 V įtampai blokuojantis sluoksnis sumažės. išnyks ir srovė žymiai padidės (ši srovė vadinama nuolatine).

Prijungus skirtingo poliškumo išorinę įtampą, padidės blokuojantis sluoksnis ir padidės p — n sandūros varža, o srovė dėl mažumos krūvininkų judėjimo bus nereikšminga net esant gana aukštoms įtampoms.

Pirminę diodo srovę sukuria pagrindiniai krūvininkai, o atvirkštinę srovę mažumos krūvininkai. Diodas perduoda teigiamą (į priekį) srovę kryptimi nuo anodo iki katodo.

Fig. 1 parodytas įprastas grafinis žymėjimas (UGO) ir lygintuvų diodų charakteristikos (idealios ir faktinės srovės-įtampos charakteristikos). Tariamas diodo srovės-įtampos charakteristikos (CVC) netolydumas pradžioje yra susijęs su skirtingomis srovės ir įtampos skalėmis pirmame ir trečiajame grafiko kvadrantuose. Du diodų išėjimai: anodas A ir katodas K UGO nenurodomi ir paaiškinami paveikslėlyje.

Realaus diodo srovės įtampos charakteristika rodo elektros gedimo sritį, kai šiek tiek padidėjus atvirkštinei įtampai srovė smarkiai padidėja.

Elektriniai pažeidimai yra grįžtami. Grįžęs į darbo zoną, diodas nepraranda savo savybių. Jei atvirkštinė srovė viršija tam tikrą vertę, sugedus įrenginiui elektros gedimas taps negrįžtamu terminiu.

Ryžiai. 1. Puslaidininkinis lygintuvas: a — įprastas grafinis vaizdas, b — ideali srovės ir įtampos charakteristika, c — tikroji srovės ir įtampos charakteristika

Pramonė daugiausia gamina germanio (Ge) ir silicio (Si) diodus.

Silicio diodai turi mažą atvirkštinę srovę, aukštesnę darbinę temperatūrą (150 - 200 ° C, palyginti su 80 - 100 ° C), atlaiko didelę atvirkštinę įtampą ir srovės tankį (60 - 80 A / cm2 prieš 20 - 40 A / cm2). Be to, silicis yra įprastas elementas (skirtingai nuo germanio diodų, kurie yra retųjų žemių elementas).

Germanio diodų pranašumai yra žemas įtampos kritimas, kai teka nuolatinė srovė (0,3–0,6 V, palyginti su 0,8–1,2 V). Be išvardytų puslaidininkinių medžiagų, galio arsenido GaAs naudojamas mikrobangų grandinėse.

Pagal gamybos technologiją puslaidininkiniai diodai skirstomi į dvi klases: taškinius ir plokštuminius.

Taškiniai diodai sudaro n tipo Si arba Ge plokštę, kurios plotas yra 0,5–1,5 mm2, o plieninė adata sudaro p–n sandūrą kontaktiniame taške. Dėl mažo ploto sandūra turi mažą talpą, todėl toks diodas gali veikti aukšto dažnio grandinėse.Bet srovė per sandūrą negali būti didelė (dažniausiai ne daugiau 100 mA).

Plokštuminis diodas susideda iš dviejų sujungtų Si arba Ge plokščių, turinčių skirtingą elektrinį laidumą. Didelis kontaktų plotas lemia didelę sandūros talpą ir santykinai žemą veikimo dažnį, tačiau tekanti srovė gali būti didelė (iki 6000 A).

Pagrindiniai lygintuvų diodų parametrai yra šie:

• didžiausia leistina tiesioginė srovė Ipr.max,

• didžiausia leistina atvirkštinė įtampa Urev.max,

• didžiausias leistinas dažnis fmax.

Pagal pirmąjį parametrą lygintuvų diodai skirstomi į diodus:

• maža galia, nuolatinė srovė iki 300 mA,

• vidutinė galia, nuolatinė srovė 300 mA - 10 A,

• didelė galia - galia, maksimali tiesioginė srovė nustatoma pagal klasę ir yra 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Impulsiniai diodai naudojami mažos galios grandinėse, turinčiose tiekiamos įtampos impulsinį pobūdį. Išskirtinis reikalavimas jiems yra trumpas perėjimo iš uždaros būsenos į atvirą būseną laikas ir atvirkščiai (įprastas laikas 0,1–100 μs). UGO impulsiniai diodai yra tokie patys kaip lygintuvų diodai.

Fig. 2. Trumpalaikiai procesai impulsiniuose dioduose: a — srovės priklausomybė perjungiant įtampą iš tiesioginės į atvirkštinę, b — įtampos priklausomybė, kai srovės impulsas teka per diodą.

Konkretūs impulsinių diodų parametrai yra šie:

• atkūrimo laikas Tvosst

• tai laiko intervalas nuo momento, kai diodo įtampa persijungia iš priekinės į atvirkštinę, ir momento, kai atbulinė srovė sumažėja iki nurodytos vertės (2 pav., a),

• nusistojimo laikas Tust yra laiko intervalas nuo tam tikros vertės nuolatinės srovės per diodą pradžios iki momento, kai diodo įtampa pasiekia 1,2 pastovios būsenos vertės (2 pav., b),

• maksimali atkūrimo srovė Iobr.imp.max., lygi didžiausiai atvirkštinės srovės per diodą reikšmei perjungus įtampą iš priekinės į atbulinę (2 pav., a).

Invertuoti diodai gaunami, kai priemaišų koncentracija p ir n regionuose yra didesnė nei įprastų lygintuvų. Toks diodas turi mažą pasipriešinimą tiesioginei srovei atvirkštinio jungimo metu (3 pav.) ir santykinai didelę varžą tiesioginio prijungimo metu. Todėl jie naudojami koreguojant mažus signalus, kurių įtampos amplitudė yra kelios dešimtosios voltų.

Ryžiai. 3. Invertuotų diodų UGO ir VAC

Šotkio diodai, gauti metalo-puslaidininkio perėjimo būdu.Šiuo atveju naudojami mažos varžos n-silicio (arba silicio karbido) substratai su didelės varžos plonu to paties puslaidininkio epitaksiniu sluoksniu (4 pav.).

Ryžiai. 4. UGO ir Schottky diodo struktūra: 1 — pradinis mažos varžos silicio kristalas, 2 — didelio pasipriešinimo epitaksinis silicio sluoksnis, 3 — erdvės krūvio sritis, 4 — metalinis kontaktas.

Ant epitaksinio sluoksnio paviršiaus uždedamas metalinis elektrodas, kuris užtikrina ištaisymą, bet į šerdies sritį neįleidžia mažumos nešiotojų (dažniausiai aukso). Todėl šiuose dioduose nėra tokių lėtų procesų kaip mažumos nešėjų kaupimasis ir rezorbcija bazėje. Todėl Schottky diodų inercija nėra didelė. Jis nustatomas pagal lygintuvo kontakto barjerinės talpos reikšmę (1 — 20 pF).

Be to, Schottky diodų nuoseklioji varža yra žymiai mažesnė nei lygintuvų diodų, nes metalo sluoksnis turi mažą varžą lyginant su bet kokiu, net ir labai legiruotu puslaidininkiu. Tai leidžia naudoti Schottky diodus reikšmingoms srovėms (dešimtis amperų) ištaisyti. Paprastai jie naudojami perjungiant antrinius įrenginius aukšto dažnio įtampai (iki kelių MHz) ištaisyti.

Potapovas L.A.