Diody półprzewodnikoweprostowniczedetekcyjneimpulsowe...

Ryszard J. Barczyński, 2016Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Półprzewodnikirzeczywiste złącze p­n

Rzeczywiste złącze p-n:● rozkład domieszek nie jest skokowy,● istotny poziom nośników mniejszościowych,● rezystancja szeregowa (obszary obojętne, doprowadzenia),● rekombinacja w obszarze złącza● generacja w obszarze złącza● przebicie złącza...

Półprzewodnikirzeczywiste złącze p­n

Przebicie złącza p-n:Przy odpowiednio dużym napięciu wstecznym następuje lawinowywzrost prądu. Odpowiedzialne za to może być:● zjawisko Zenera● powielanie lawinowe

Przebicie może (ale nie musi) doprowadzić do zniszczenia złącza.

Półprzewodnikirzeczywiste złącze p­n

Rezystancja szeregowaW rzeczywistej diodzie uwzględnia się ...● rezystancję obszarów neutralnych,● rezystancję styków metalu z półprzewodnikiem,● rezystancję doprowadzeń.

Charakterystyki statyczne diody będą miały postać:

UI=IrsUT lnIIS

1

Półprzewodnikirzeczywiste złącze p­n

Diody prostowniczeprostownik półokresowy

Najprostszym zastosowaniem diody jest zamiana prądu zmiennego na stały (tak zwane prostowanie prądu). Diody przeznaczone do tego celu

nazywa się diodami prostowniczymi. Prosty układ z jedną diodąnie jest zbyt doskonały...

Diody prostowniczeprostownik półokresowy

W celu poprawienia wyprostowanego napięcia stałego stosuje sięróżnorakie filtry. Najprostszym z nich jest kondensator

o odpowiedniej pojemności.

Umax

=Ug2−U

F− I

FR

sR

g

Diody prostowniczeprostownik pełnookresowy

Prostownik pełnookresowy charakteryzuje się mniejszymi tętnieniamii lepszą sprawnością. Może być zbudowany w oparciu o transformator

posiadający dwa uzwojenia(potrzebne są dwa napięcia zmienne w przeciwnej fazie).

Diody prostowniczemostkowy prostownik pełnookresowy

Wersja mostkowa prostownika pełnookresowego wymaga tylko jednegoźródła napięcia zmiennego, natomiast zawiera cztery diody.

Diody prostowniczemostkowy prostownik pełnookresowy

W prostowniku mostkowymprąd przepływa kolejno

przez pary diodprostowniczych.

Diody prostowniczemostkowy prostownikpełnookresowy

Wiele firm produkujegotowe

mostki prostownicze

Diody prostowniczechłodzenie

Przy konstrukcji prostownikówdużej mocy trzeba zadbać

o właściwe odprowadzanie ciepła.Stosuje się w tym celu odpowiednie

obudowy, radiatory, a nawetchłodzenie wodne.

Diody prostowniczePodwajacz napięcia

Podwajacz napięcia umożliwiaotrzymanie napięcia dwukrotnie

większego niż zwykły układ prostownika.

Jest to w zasadzie połączenie dwóchprostowników półokresowych.

Diody prostowniczePodwajacz napięcia

Odpowiednio połączony układ diod i kondensatorów umożliwiatworzenie powielaczy napięcia o większej krotności...

Diody prostowniczePowielacz napięcia

Zasada działania powielacza.

Diody prostowniczePodstawowe parametry

Podstawowe parametry diod prostowniczych to:

● Maksymalne napięcie wsteczne (URM

)

● Maksymalny prąd przewodzenia (IFmax

)● Maksymalny chwilowy prąd przewodzenia● Napięcie przewodzenia (U

F, przy określonym prądzie)

● Prąd wsteczny (IR, przy określonym napięciu)

● Czas wyłączania (trr)

● Maksymalna temperatura złącza (tjmax

)

Diody detekcyjne(wysokiej częstotliwości)

Diody detekcyjne pierwotnie służyły do prostowania prądów wielkiejczęstotliwości w układach detektorów amplitudy. Obecnie uniwersalne

diody przeznaczone do pracy z małymi sygnałami znajdują bardzo szerokiezastosowanie w rozmaitych układach elektronicznych.

Diody impulsowePrzy polaryzacji diody napięciem gwałtownie zmieniającym znak daje o sobie

znać wada złącza p-n, polegająca na tym, że po przejściu ze stanu przewodzeniado zaporowego potrzebny jest określony czas na usunięcie nośników

z obszaru złącza (ang. reverse recovery time, trr)

Diody impulsowe

Diody przeznaczone do pracy w układach impulsowych muszącharakteryzować się małym czasem włączania i wyłączenia.Zmniejszenie czasu t

rr można osiągnąć na przykład poprzez:

● odpowiednią geometrię złącza (krótka droga nośników),● wprowadzenie gradientu domieszek w obszarze złącza,● wprowadzenie centrów rekombinacji (dodatkowych defektów),● zastosowanie złącza metal półprzewodnik (o czym później)...

Diodywpływ temperatury na pracę diody

Jako, że parametry materiałów półprzewodnikowych silnie zależąod temperatury,

również parametry złącza p-n będą od niej silnie zależne.

Prąd wsteczny będzie się zwiększał ze wzrostem temperatury gdyż rośnie z niąsilnie koncentracja nośników samoistnych. Powoduje to:● wzrost prądu wynikającego z generacji w obszarze złącza● wzrost koncentracji nośników mniejszościowych (proporcjonalny do n

i2)

Diodykierunek przewodzenia­ dioda jako termometr...

dla kierunku przewodzeniaw przybliżeniu

i U,T =IS eUUT−1

i U,T =IS eUUT

przy ustalonym prądzie

UT =kTqln

iIS

Przy stałym prądzie płynącymprzez diodę spadek napięciana niej jest proporcjonalnydo temperatury w skali bezwzględnej.