Полупроводниковые диоды - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника лекция
Работа полупроводниковых электронных приборов и интегральных микросхем. Некоторые положения и определения электронной теории твердого тела. Кристаллическое строение полупроводников. Электронно-дырочный переход. Вольтамперная характеристика п-р перехода.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Токи приведены в значениях, относительных обратного тока I0. Расчет проводился по формуле (1.1).
Из таблицы и формулы (1.1) следует, что при положительных (прямых) напряжениях ток через р-n переход с увеличением напряжения резко возрастает, поэтому
При отрицательных (обратных) напряжениях показатель степени числа е - отрицательный. Поэтому при увеличении обратного напряжения величина
т.е. обратный ток равен току насыщения и в определенных пределах остается величиной практически постоянной. Обычно ток І0 имеет величину порядка микроампер.
Р-п переход представляет собой нелинейный элемент. У него не только явно выраженная неодинаковая проводимость при прямом и обратном напряжении, но и явная нелинейность прямой ветви ВАХ. Ее можно описать статическим и дифференциальным (динамическим) сопротивлениями. Дифференциальное сопротивление (rд) находится путем дифференцирования ВАХ, что с учетом (1.2) приводит к выражению:
Динамическое сопротивление может быть определено графически как котангенс угла между касательной в рассматриваемой точке ВАХ и осью абсцисс (штриховая линия на рисунке 1.4. с углом наклона в):
где U и I - конечные приращения напряжения и тока вблизи рабочей точки;
ти и mI - масштабы осей напряжения и тока.
Статическое сопротивление (Rст) численно равно отношению напряжения на элементе U к протекающему через него току I. Это сопротивление равно котангенсу угла наклона прямой, проведенной из начала координат через заданную рабочую точку ВАХ, к оси абсцисс:
В зависимости от того, на каком участке ВАХ расположена заданная рабочая точка, значение RСТ может быть меньше, равно или больше значения rд. Однако RСТ всегда положительно, в то время как rд может быть и отрицательным, как, например, в случае туннельного диода.
Падение напряжения на прямой ветви ВАХ перехода могут быть определены аналитически:
Выпрямительный диод использует вентильные свойства p-n перехода и применяется в выпрямителях переменного тока. В качестве исходного материала при изготовлении выпрямительных диодов используют в основном германий и кремний.
Выпрямительный диод представляет собой электронный ключ, управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении ключ замкнут, при обратном - разомкнут. Однако в обоих случаях этот ключ не является идеальным. При подаче прямого напряжения за счет падения напряжения Uпр на открытом диоде выпрямленное напряжение, снимаемое с нагрузочного устройства, несколько ниже входного напряжения. Значение Uпр открытого диода не превышает для германиевых диодов 0,5 В, а у кремниевых 1,5 В.
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
IПР СР MAX - максимальное (за период входного напряжения) значение среднего прямого тока диода;
Iобр. ср - средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном
Uобр доп - допустимое наибольшее значение постоянного обратного напряжения диода;
fmax - максимально допустимая частота входного напряжения;
Uпр - прямое падение напряжения на диоде при заданном прямом токе.
Выпрямительные диоды классифицируют также по мощности и частоте.
По мощности: маломощные (Iпр ср max 0,3 А); средней мощности (0,3 А< Iпр ср max 10 А); большой мощности (Iпр ср max > 10 А).
По частоте: низкочастотные (fmax < 103 Гц); высокочастотные (fmax > 103 Гц).
В качестве выпрямительных применяются также диоды, выполненные на выпрямляющем переходе металл - полупроводник (диоды Шотки). Их отличает меньшее, чем у диодов с p-n переходом, напряжение Uпр и более высокие частотные характеристики. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц - 100 кГц.
Импульсный диод - полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и использующий (как и выпрямительный диод) при своей работе прямую и обратную ветви ВАХ при сравнительно больших токах нагрузки.
Длительность переходных процессов в диоде обусловлена перезарядом емкостей Сдиф и Сбар. Так как импульсные диоды обычно работают при сравнительно больших прямых токах, то процессы накопления и рассасывания заряда являются превалирующими. Последнее явление определяет быстродействие диодов и характеризуется специальным параметром - временем восстановления фвос его обратного сопротивления. Время восстановления обратного сопротивления tвос - интервал времени от момента переключения до момента, когда обратный ток уменьшается до заданного уровня отсчета Iотс
В качестве импульсных широкое применение находят диоды Шотки.
Сверхвысокочастотный диод (СВЧ диод) - полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования и обработки сверхвысокочастотного сигнала (до десятков и сотен гигагерц). Сверхвысокочастотные диоды широко применяются в устройствах генерации и усиления электромагнитных колебаний СВЧ диапазона, умножения частоты, модуляции, регулирования и ограничения сигналов и т.п.
Типичными представителями данной группы диодов являются смесительные (получение сигнала суммы или разности двух частот), детекторные (выделение постоянной составляющей СВЧ сигнала) и переключательные (управление уровнем мощности сверхвысокочастотного сигнала) диоды. Условное графическое обозначение импульсных и СВЧ диодов аналогично обозначению выпрямительных диодов (рис.2.6,1).
Стабилитрон применяются в нелинейных цепях постоянного тока для стабилизации напряжения. Как видно из рисунка 1.5, участок ВАХ диода, соответствующий электрическому пробою, характеризуется значительным изменением тока при практически незначительном изменении падения напряжения на диоде.
Этот участок используют для создания специализированных диодов - стабилитронов, которые, в свою очередь, являются основой так называемых параметрических стабилизаторах напряжения. Стабилитроны изготовляют, как правило, из кремния. При использовании высоколегированного кремния (высокая концентрация примесей, а, следовательно, и свободных носителей заряда) напряжение стабилизации понижается, а с уменьшением степени легирования кремния - повышается.
Напряжение стабилизации лежит в диапазоне от 3 до 180 В. Для стабилизации более низких напряжений используют прямую ветвь ВАХ, которая также характеризуется крутым нарастанием тока. Соединяя последовательно несколько диодов, удается перекрыть диапазон напряжений ниже 3 В. Диоды, применяемые для этой цели, называют стабисторами. Отличие стабилитрона от стабистора заключается в используемой для стабилизации напряжения ветви ВАХ. Поэтому будет существенные различия, если на стабилизирующий диод подать напряжение противоположной полярности по сравнению с рабочей:
через стабилитрон (если он не двухсторонний) потечет большой ток, величина которого будет ограничена внешними сопротивлениями;
в случаи использования стабистора ток будет определяться обратным током р-п перехода.
К основным параметрам стабилитрона относятся:
Uст- номинальное напряжение стабилизации при заданном токе;
фд - дифференциальное сопротивление при заданном токе;
Iст min - минимальный ток стабилизации, наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив;
- дифференциальное сопротивление, равное отношению приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его приращению тока стабилизации;
- температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации, где Uст - отклонение напряжения Uст от номинального значения Uст ном при изменении температуры в интервале Т.
Варикап - полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости зарядной емкости Сзар от значения приложенного напряжения. Это позволяет применять варикап в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.
Рисунок 1.9. Вольт-фарадная характеристика варикапа
Основной характеристикой варикапа служит вольт-фарадная характеристика (рисунок 1.9) - зависимость емкости варикапа Св от значения приложенного обратного напряжения. В выпускаемых промышленностью варикапах значение емкости Св может изменяться от единиц до сотен пикофарад.
Основными параметрами варикапа являются:
Св - емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении;
КС - коэффициент перекрытия по емкости, используемый для оценки зависимости CB = f(UОБP) и равный отношению емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения (КС = 2... 20);
ТКЕВ = СВ/(СВ T), - зависимость параметров варикапа от температуры характеризуется температурным коэффициентом емкости где Св/Св - относительное изменение емкости варикапа при изменении температуры Т окружающей среды.
Условное графическое обозначение варикапа приведено на рисунке 1.8,4.
Туннельный диод - занимает особое место среди полупроводниковых диодов из-за свойственной ему внутренней положительной обратной связи по напряжению и хороших динамических свойств. Его ВАХ имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления (участок CD на рисунке 1.10). Это объясняется тем, что при очень малых толщинах запорного слоя (10...10 нм и меньше) наблюдается туннельный переход зарядов из валентной зоны в зону проводимости. Туннельный диод, благодаря своей ВАХ, нашел широкое применение в качестве ключевого тензодатчика. Условное графическое обозначение туннельного диода приведено на рисунке 1.8,5.
Рисунок 1.10. ВАХ туннельного диода
Излучающий диод - полупроводниковый диод, излучающий из области p-n перехода кванты энергии. Излучение испускается через прозрачную стеклянную пластину, размещенную в корпусе диода.
По характеристике излучения излучающие диоды делятся на две группы: диоды с излучением в видимой области спектра, получившие название светодиоды; диоды с излучением в инфракрасной области спектра, получившие название ИК-диоды. Принцип действия обоих групп диодов одинаков и базируется на самопроизвольной рекомбинации носителей заряда при прямом токе через выпрямляющий электрический переход. Известно, что рекомбинация носителей заряда сопровождается освобождением кванта энергии. Спектр частот последней определяется типом исходного полупроводникового материала.
Основными материалами для изготовления светодиодов служат соединения галлия и карбид кремния. Большую часть энергии, выделяемой в этих материалах при рекомбинации носителей заряда, составляет тепловая энергия. На долю энергии видимого излучения в лучшем случае приходится 10... 20%. Поэтому КПД светодиодов невелик.
Исходными материалами для изготовления ИК-диодов являются арсенид и фосфид галлия. Полная, мощность излучения этой группы диодов лежит в пределах от единиц до сотен милливатт при напряжении на диоде 1,2...3 В и прямом токе от десятков до сотен миллиампер.
Условное графическое обозначение излучающих диодов показано на рисунке 1.8,6.
Светодиоды применяют в качестве световых индикаторов, а ИК-диоды - в качестве источников излучения в оптоэлектронных устройствах.
Фотодиод - полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на использовании внутреннего фотоэффекта - генерации в полупроводнике под действием квантов света (фотонов) свободных носителей заряда.
Фотодиод используют для преобразования светового излучения в электрический ток. Условное графическое обозначение фотодиода приведено на рисунке 1.8,7.
Маркировка полупроводниковых диодов, разработанных после 1964 г., предусматривает шесть символов. Первый символ - буква (для приборов общего применения) или цифра (для приборов специального назначения), указывающая исходный полупроводник: Г (1) - германий, K (2) -кремний, А (3) -GaAS.
Второй символ - буква, обозначающая подкласс диода: Д - выпрямительные, высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды: В - варикапы; С - стабилитроны и стабисторы; Л - светодиоды.
Физические элементы полупроводниковых приборов. Электрический переход. Резкий переход. Плоскостной переход. Диффузионный переход. Планарный переход. Явления в полупроводниковых приборах. Виды полупроводниковых приборов. Элементы конструкции. реферат [17,9 K], добавлен 14.02.2003
Свойства полупроводниковых материалов, применяемых для производства транзисторов и диодов. Понятие электронно-дырочного перехода (n-p-перехода), определение его вольтамперной характеристики. Расчет зависимости плотности тока насыщения от температуры. курсовая работа [612,5 K], добавлен 12.12.2011
Электрофизические свойства полупроводниковых материалов, их применение для изготовления полупроводниковых приборов и устройств микроэлектроники. Основы зонной теории твердого тела. Энергетические зоны полупроводников. Физические основы наноэлектроники. курсовая работа [3,1 M], добавлен 28.03.2016
Структура полупроводниковых материалов. Энергетические уровни и зоны. Электро- и примесная проводимость полупроводников. Виды движения носителей. Свойства электронно-дырочного перехода. Электропроводимость полупроводников в сильных электрических полях. реферат [211,5 K], добавлен 29.06.2015
Диоды на основе электронно-дырочного перехода. Режимы работы диода. Технология изготовления электронно-дырочного перехода. Анализ диффузионных процессов. Расчет максимальной рассеиваемой мощности корпуса диода. Тепловое сопротивление корпуса диода. курсовая работа [915,0 K], добавлен 14.01.2017
Изучение современных тенденций в области проектирования интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Анализ алгоритма создания интегральных микросхем в среде Cadence Virtuoso. Реализация логических элементов с использованием NMOS-транзисторов. курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.11.2013
Анализ технологии изготовления плат полупроводниковых интегральных микросхем – такого рода микросхем, элементы которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Характеристика монокристаллического кремния. Выращивание монокристаллов. курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.12.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Полупроводниковые диоды лекция. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная Работа По Новой Истории 7
Контрольная Работа По Алгебре 78 Класс
Реферат по теме Кризис политической системы СССР в период 1985-1991гг.
Реферат по теме Есть ли будущее у науки?
Контрольная Работа На Тему Баланс В Бухгалтерском Учете
Реферат Памятники Первобытной Культуры На Территории России
Дипломная работа: Ирак в составе Османской империи
Контрольная работа по теме Управленческая и финансовая отчетность в системе финансового менеджмента
Информационные Системы И Модели Реферат
Дипломная Работа Строительство Зданий И Сооружений
Курсовая Работа На Тему Документирование Управленческой Деятельности В Финансовом Учреждении
Контрольная Работа По Окр Миру 3 Класс
Реферат: Althea Gibson Essay Research Paper As we
Реферат по теме Искусство древней Греции. Крит
Курсовая Работа На Тему Роль Нетрадиционных Уроков В Формировании Коммуникативных Навыков На Начальном Этапе Обучения Иностранным Языкам
Изучение личности преступника (значение изучения личности преступника, научные методы изучения личности)
Сочинение Про Золотую Осень 4
Курсовая Работа На Тему Стратегическое Планирование Тимашевский Филиал Оао "Кубаньэлектросвязь"
Курсовая Разница Определяется Как
Контрольная работа по теме Судебные расходы. Судебные штрафы
Возникновение и прекращение права собственности - Государство и право курсовая работа
Аксиологическая функция неологизмов в медиа-политическом дискурсе - Иностранные языки и языкознание дипломная работа
Учет на предприятии малого бизнеса - Бухгалтерский учет и аудит контрольная работа