WYDZIAŁ

ELEKTRYCZ

NY

Jakub Dawidziuk

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Temat i plan wykładu

Diody półprzewodnikowe

1. Polaryzacja diod w kierunku przewodzenia i zaporowym

2. Charakterystyki prądowo-napięciowe

3. Model diody

4. Parametry techniczne diod

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKIA – Jakub Dawidziuk piątek 21 kwietnia 2023

Polaryzacja w kierunku przewodzenia i zaporowym oraz prądy w złączu

Symbole graficzne

Polaryzacja diody

Polaryzacja w kierunku przewodzenia

Polaryzacja w kierunku zaporowym

Charakterystyka-właściwościCharakterystyka-właściwości

• UUDD = = napięcie napięcie polaryzacjipolaryzacji

• IIDD = = prąd diodyprąd diody

• IISS = = prąd prąd nasycenianasycenia

• UUBRBR = = napięcie napięcie wsteczne wsteczne (przebicia) (przebicia)

• UU = = napięcie napięcie

bariery bariery potencjałupotencjału

UUDD

IIDD (mA)(mA)

(nA)(nA)

UUBRBR

~~UU

IISS

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody

Zakres zaporowy

Zakres przewodzenia

Charakterystyki diody germanowej i krzemowej

Model diody

Model obwodowy diodyModel obwodowy diody

Model diody idealnej z Model diody idealnej z barierą potencjałubarierą potencjału

Napięcie bariery potencjału jest to napięcie na Napięcie bariery potencjału jest to napięcie na diodzie, przy którym zaczyna płynąć prąd przez diodzie, przy którym zaczyna płynąć prąd przez diodę.diodę.

PrzykładPrzykład: V: V = 0.3 = 0.3 VV (typ (typowe dla diody germanowejowe dla diody germanowej)). Określić wartość. Określić wartość I IDD jeżelijeżeli

VVAA = 5 = 5 VV ( (napięcie zasilającenapięcie zasilające).).

0 = V0 = VAA – I – IDDRRSS - V - V

IIDD = V = VAA - V - V = 4.7 V = 94 mA = 4.7 V = 94 mA

RRSS 50 50

VV

VVAA

IIDD

RRS S = 50 = 50

++

__VV

++

++

Dioda w obwodzie prądu przemiennego

Rodzaje diod półprzewodnikowych

Parametry diod małej mocy

Typowe dane dla diody germanowej i krzemowej wynoszą:

- dioda krzemowa IS=10 pA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA,

- dioda germanowa IS=100 nA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA.

Z charakterystyki można odczytać wartości napięcia przewodzenia UF dla prądu przewodzenia IF=0,1·IFmax. Dla diody germanowej napięcie przewodzenia jest równe 0,4V, a dla diody krzemowej 0,7V.

Parametry diod prostowniczych

Obudowy diod i mostków

Elementy półprzewodnikowe

Stabilizatory parametryczne stosowane są zazwyczaj tylko przy małych mocach wyjściowych i niezbyt wygórowanych wymaganiach jakościowych. Charakteryzują się one małą sprawnością , a ich współczynniki stabilizacji mają umiarkowaną wartość przy zmianach obciążenia i napięcia wejściowego. Wartość napięcia stabilizowanego jak i prądu wyjściowego zależą głównie od parametrów elementu nieliniowego. Jest to istotna wada tego typu układów ponieważ w przypadku konieczności zmiany tych wielkości, konieczna jest wymiana elementu nieliniowego (diody Zenera).

Diody Zenera. Stabilizatory parametryczne.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera

U F

I F

U

I

1

U R

I R

ZU ZKU

Zi

Zu

ZI Zi

Zu

optymalnypunktpracy

MINI

MAXIMAXP

Diody stabilizacyjne

Charakterystyki diod Zenera

Rezystancja różniczkowa

Schematy zastępcze

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera

Zależność rezystancji dynamicznej

diody od napięcia stabilizacji.

Minimalne rezystancje rZ występują dla diod Zenera o napięciu UZ

około 7 V, a minimalne współczynniki temperaturowe dla diod onapięciu Zenera z przedziału UZ = (5-6)V.

Najprostszym stabilizatorem napięcia jest układ z wykorzystaniem diody Zenera. Takie i podobne układy nazywane są również stabilizatorami parametrycznymi.Zmiany napięcia wejściowego ΔUwe pociągają za sobą

zmiany prądu diody ΔID, to jednak nie pociąga za sobą

dużych zmian napięcia wyjściowego ΔUwy. Można przyjąć,

że pozostaje ono stałe i równe napięciu Zenera UZ.

Stabilizator z diodą Zenera

Wartości katalogowe

UZ - napięcie Zenera

rz - rezystancja różniczkowa (Zenera)

Izmax - prąd maksymalny

Pzmax – maksymalna moc rozproszenia

Pzmax = Izmax Uz

Stabilizator z diodą Zenera zasilany z sieci

Dioda Zenera jako ogranicznik napięcia

Obudowy diod Zenera

metalowe

Złącze metal-półprzewodnik

Złacze metal - półprzewodnik

Charakterystyka pradowo - napieciowa

złacza metal – półprzewodnik może byc:

a) liniowa i symetryczna (złacze omowe)

kontakty i doprowadzenia przyrzadów pp

mała rezystancja

b) nieliniowa i niesymetryczna (złacze

prostujace)

dioda Schottky’ego

Rodzaj złacza zaley od:

- różnicy prac wyjscia elektronu z metalu i półprzewodnika

- stanów powierzchniowych półprzewodnika

Złącze metal-półprzewodnik

Charakterystyki diod Schottky’ego i diody pn w kierunku przewodzenia

Złącze metal-półprzewodnik dioda Schottky’ego

Po „zetknięciu metalu i półprzewodnika” układ dąży do równowagi termodynamicznej poprzez przegrupowanie e-.

Ponieważ Wme > Wpp , to wiecej e- będzie przepływać z pp do me niż odwrotnie.

• po stronie me pojawia się cienka warstwa ładunku ujemnego, a po stronie pp znacznie szersza warstwa ładunku dodatniego, dipolowa warstwa ładunku przestrzennego

• bariera potencjału jest równa różnicy potencjałów wyjścia elektronów (Vme – Vpp)

• złacze prostujace => dioda Schottky’egoA K

Złącze metal-półprzewodnik

Kierunek przewodzenia: „plus” do metalu, „minus” do pp typu n

• obniża się bariera potencjału i elektrony płyną z pp do me

• elektrony, które przeszły z pp do me w pierwszej chwili

obsadzają poziomy położone wysoko nad poziomem Fermiego i

dlatego nazywane są „gorącymi elektronami”; „gorące

elektrony” bardzo szybko (~10-13 ps) oddają swoją energię i stają się

częścią swobodnych elektronów w metalu

• „gorące elektrony” nie wykazują cech nośników

mniejszościowych (tak jak to było w złączu p-n)

• nie następuje gromadzenie nośników mniejszościowych

• „brak” pojemności dyfuzyjnej

• dobre właściwości impulsowe

Złącze metal-półprzewodnik

Tranzystor Schottky’ego