Диод прямое и обратное напряжение. Полупроводниковые диоды: принципы работы, виды и применение

Что такое p-n переход и как он влияет на работу диода. Какие бывают типы диодов и для чего они используются. Как выглядит вольт-амперная характеристика диода. Почему диоды применяются для выпрямления переменного тока.

Основы работы полупроводникового диода

Полупроводниковый диод — это электронный компонент, работа которого основана на свойствах p-n перехода. P-n переход образуется на границе двух областей полупроводника с разными типами проводимости:

• p-область (дырочная проводимость)
• n-область (электронная проводимость)

На границе этих областей возникает потенциальный барьер, который и обуславливает основное свойство диода — одностороннюю проводимость.

Прямое и обратное включение диода

При прямом включении диода (плюс к p-области, минус к n-области) потенциальный барьер p-n перехода понижается, что позволяет основным носителям заряда свободно проходить через переход. Возникает значительный прямой ток.

При обратном включении (плюс к n-области, минус к p-области) потенциальный барьер повышается, ток через диод практически не протекает. Возникает лишь небольшой обратный ток неосновных носителей заряда.

Вольт-амперная характеристика диода

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода имеет ярко выраженный нелинейный характер:

• При прямом напряжении ток резко возрастает после преодоления потенциального барьера (0,3-0,7 В для кремниевых диодов)
• При обратном напряжении ток очень мал вплоть до напряжения пробоя

Эта нелинейность ВАХ обуславливает основное применение диодов — выпрямление переменного тока.

Основные типы полупроводниковых диодов

В зависимости от конструкции и характеристик p-n перехода выделяют следующие основные типы диодов:

Выпрямительные диоды

Предназначены для выпрямления переменного тока. Характеризуются большим допустимым прямым током и высоким обратным напряжением.

Стабилитроны

Работают на участке электрического пробоя при обратном включении. Используются для стабилизации напряжения.

Светодиоды

При протекании прямого тока излучают свет. Цвет свечения зависит от материала и легирующих примесей.

Фотодиоды

Преобразуют световой поток в электрический ток. Используются в фотометрии и системах автоматики.

Варикапы

Используют зависимость барьерной емкости p-n перехода от обратного напряжения. Применяются как управляемые напряжением конденсаторы.

Применение полупроводниковых диодов

Основные области применения диодов:

• Выпрямление переменного тока (выпрямительные диоды)
• Стабилизация напряжения (стабилитроны)
• Генерация и детектирование высокочастотных сигналов (СВЧ-диоды)
• Преобразование света в электрический ток (фотодиоды)
• Электронная индикация (светодиоды)
• Защита от перенапряжений (защитные диоды)

Особенности работы диода при прямом и обратном напряжении

При прямом включении диода через него протекает значительный ток, а падение напряжения на диоде относительно мало (0,3-0,7 В для кремниевых диодов). Это свойство используется для выпрямления переменного тока.

При обратном включении через диод протекает очень малый ток, а все приложенное напряжение падает на p-n переходе. Это свойство используется для защиты от обратного тока.

Пробой p-n перехода

При достижении определенного обратного напряжения происходит пробой p-n перехода, что приводит к резкому возрастанию обратного тока. Различают:

• Электрический пробой — обратимый процесс, используется в стабилитронах
• Тепловой пробой — необратимый процесс, приводит к разрушению диода

Напряжение пробоя — важный параметр диода, определяющий максимальное допустимое обратное напряжение.

Влияние температуры на работу диода

Температура оказывает существенное влияние на характеристики полупроводникового диода:

• С ростом температуры уменьшается прямое падение напряжения
• Увеличивается обратный ток
• Снижается напряжение пробоя

Это необходимо учитывать при проектировании электронных устройств с применением диодов.

Маркировка и условные обозначения диодов

Маркировка диодов обычно содержит информацию о типе диода, материале, максимальных токах и напряжениях. На схемах диоды обозначаются символом в виде треугольника с чертой (катод).

Важно правильно определять полярность диода при монтаже — обычно катод отмечен полосой на корпусе.

Проверка исправности диода

Простейшая проверка диода может быть выполнена с помощью мультиметра:

1. В режиме «прозвонки» диод должен пропускать ток в прямом направлении и не пропускать в обратном
2. В режиме измерения сопротивления прямое сопротивление должно быть малым, а обратное — большим

Более точная проверка требует снятия вольт-амперной характеристики диода.

Прямое и обратное напряжение

Когда диод открыт, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

4.3. Вольт-амперная характеристика диода Слайд № 11

Зависимость U = f(I) называется вольт-амперной характеристикой диода.

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

4.4. Пробой р-n-перехода Слайд № 12

Пробоем p-n-перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n-перехода.

Электрический пробой

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n-переходе. Такой пробой является обратимым, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Благодаря этому электрический пробой используют в качестве рабочего режима в полупроводниковых диодах.

В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Туннельный пробой

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в

p-n-переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p—типа в область n—типа без изменения своей энергии. Р-n-переходы малой толщины возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

Лавинный пробой

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n-переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон – дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Что такое прямое напряжение. Чем отличается прямой диод от обратного диода

Обратный ток диода / 0, если утечки малы, почти не зависит от напряжения на р — / г-переходе, но в сильной степени зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток резко возрастает за счет лавинного, или Зенеровского, пробоя. Если прибор не рассчитан специально для работы в области пробоя (как, например, стабилитрон и обращенный диод), то вслед за лавинным наступает и тепловой пробой, и диод гибнет. Заметим, что иногда тепловой пробой развивается раньше всех остальных.  

Обратный ток диода растет с увеличением обратного напряжения. Главными причинами различия обратных ветвей характеристики реального и идеального диодов являются ток т е р м о — генерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода. В германиевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации мал и обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации является основной составляющей обратного тока.  

Обратный ток диода зависит от температуры корпуса еще сильнее и имеет положительный коэффициент. Так, при увеличении температуры на каждые 10 С обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых — 2 5 раза.  

Типовая вольт-амперная характеристика диода.

Схема замещения фотодиода.| Семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.| Относительная спектральная чувствительность г германиевых и кремниевых фотодиодов.

Обратный ток диода возрастает при освещении p — n — перехода. Этот эффект может использоваться для фотометрических измерений. С этой целью в корпусе фотодиода делается прозрачное окно. На рис. 10.5 показано схемное обозначение фотодиода, на рис. 10.6 приведена его схема замещения, а на рис. 10.7 представлено семейство характеристик. Для фотодиодов характерно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, поэтому в отличие от фоторезисторов фотодиод может использоваться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов обычно составляет около 0 1 мкА / лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. Такой режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость р-п-пе-рехода.  

Обратный ток диода изме-ряется микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым, так как выходное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1 % при изменении величины / обр от нуля до максимального (для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ. Поэтому падение напряжения на измерителе тока и токонесущих элементах схемы защиты не должно превышать 2 % от устанавливаемой величины обратного напряжения. Если генератор напряжения питается от сети, то пульсации на его выходе не должны превышать 1 % от выходного напряжения.  

А.Н. Морковин

Исследование вольт-амперной характеристики полупроводникового диода

Мариуполь, 2012 г.

Цель работы: Изучить особенности, режимы и принципы функционирования полупроводникового диода.

Теоретическое введение

Полупроводниковые диоды — широкий класс твердотельных приборов, предназначенных для осуществления нелинейных преобразований электрических сигналов (выпрямление, детектирование, генерирование и т.д.), преобразования электрической энергии в излучение (светодиоды, лазеры) и, наоборот, преобразования излучения в электрическую энергию (фотопреобразователи, солнечные элементы).

Принцип работы диодов базируется на процессах, протекающих вследствие образования p-n-перехода.

Изучим терминологический аппарат.

Полупроводник — это материал

Если легировать 4-валентный полупроводник (например, кремний) 5-валентной примесью (например, фосфором) мы получим полупроводник n-типа донорной . Дополнительный пятый электрон донорной примеси проще переходит в свободное состояние и перенос заряда осуществляется свободными электронами.

Для полупроводника n-типа проводимости электроны являются основными носителями заряда . Дырки — неосновные носители заряда .

При легировании 4-валентного полупроводника (например, кремния) 3-валентной примесью (например, бором) получим полупроводник p-типа . В этом случае примесь называется акцепторной . Поскольку 3-валентная примесь, для обеспечения нормальной ковалентной связи в кристаллической решетке, забирает один недостающий электрон кремния, в валентной зоне возникает дырка. Вследствие чего перенос заряда в полупроводнике p-типа имеет дырочную природу.

Для полупроводника p-типа дырки будут являться основными носителями заряда. Электроны — неосновные носители заряда.

Контакт полупроводников n-типа и p-типа, из-за разности концентраций основных носителей заряда, приводит к образованию неподвижного объемного заряда и, как следствие, к нелинейной зависимости тока от подаваемого на p-n-переход напряжения. Данное свойство легло в основу работы полупроводникового диода.

Поскольку простым соединением полупроводников разного типа невозможно добиться образования p-n-перехода, из-за высокой дефектности границы, контакта p- и n-областей добиваются путем легирования ограниченной области полупроводника одного типа примесью другого типа.

Рис. 1. Легирование полупроводника n-типа примесью p-типа для образования p-n-перехода.

Равновесное состояние p-n-перехода

Пусть внутренняя граница раздела двух областей полупроводника с различным типом проводимости является плоскость ММ (см. рис. 2). Слева находится полупроводник p-типа, справа — n-типа.

Т.к. в полупроводнике n-типа концентрация свободных электронов значительно превышает их концентрацию в соседнем полупроводнике p-типа, возникает градиент концентрации, заставляющий основные носители заряда (в данном случае электроны) диффундировать в соседнюю область.

Таким образом, из полупроводника n-типа основные носители заряда (электроны) диффундируют в p-область. Им на встречу, увлекаемые все тем же градиентом концентрации, из p-области в n-область движутся дырки. Мы имеем диффузионные потоки основных носителей заряда через p-n-переход.

При этом электроны, перешедшие из n-области в p-область, рекомбинируют вблизи границы раздела этих областей с дырками p-области; точно также дырки, перешедшие из p-области в n-облатсь, рекомбинируют здесь с электронами этой области. В результате этого в приконтактном слое n-области практически не остается свободных электронов и в нем формируется неподвижный объемный положительный заряд ионизированных доноров.

В приконтактном слое p-области практически не остается дырок и в нем формируется неподвижный объемный отрицательный заряд ионизированных акцепторов.

Неподвижный объемный заряд создает в p-n-переходе контактное электрическое поле с определенной разностью потенциалов, локализованное в области перехода и практически не выходящее за его приделы. Поэтому вне слоя, где поля нет, свободные носители заряда движутся по-прежнему хаотично и число носителей, ежесекундно наталкивающихся на слой объемного заряда, зависит только от их концентрации и скорости теплового движения.

Если в слой объемного заряда влетает неосновной носитель (электрон для p-области или дырка для n-области), то контактное поле подхватывает его и перебрасывает через этот слой. Получается, что каждый неосновной носитель заряда, налетающий на p-n-переход, проходит через него.

Прямое и обратное смещение p-n-перехода

Рассмотрим явления, происходящие в диоде, к которому приложена разность потенциалов от внешнего источника напряжения.

Смещение, при котором плюс источника подсоединен к n-области, а минус — к p-области называется обратным (см. рис. 3).

Рис. 3. Обратное смещение на p-n-переходе.

Внешнее поле Е вн вызывает дрейф основных носителей заряда в направлениях, указанных стрелками на рис. 3. Таким образом, вся масса электронов n-области и дырок p-области отходит от p-n-перехода, обнажая при этом новые слои ионизированных доноров и акцепторов, т. е. расширяя область объемного заряда до размера d 0 + Δd.

При прямом смещении (плюс источника напряжение подсоединяется к p-области, а минус — к n-области) возникающее в объеме n- и p-областей электрическое поле вызывает приток основных носителей к области объемного заряда p-n-перехода. Контактная разность потенциалов при этом уменьшается до значения V k – V.

Прямой и обратный токи p-n-перехода

При обратном смещении на p-n-переходе ток основных носителей заряда, сдерживаемый возросшим потенциальным барьером, уменьшается. Увеличение обратного смещения приведет к дальнейшему росту потенциального барьера и, в конце концов, ток основных носителей заряда через p-n-переход станет равным нулю.

В этом случае на вольт-амперной характеристике будет наблюдаться лишь обратный ток неосновных носителей, попавших в область объемного заряда за счет дрейфа.

Прямое смещение понижает потенциальный барьер для основных носителей заряда, что приводит к росту прямого диффузионного тока. Основные носители заряда, гонимые градиентом концентрации, устремляются через понизившийся потенциальный барьер и прямой диффузионный ток через p-n-переход, в этом случае, значительно превысит обратный ток дрейфа неосновных носителей заряда.

Таким образом, подача внешнего смещения на p-n-переход выводит его из состояния динамического равновесия. Рис. 6. Схема изучения ВАХ диода.

Ход работы:

1. 
   Изменяя напряжение U вх необходимо снять зависимость обратного тока (амперметр А) от обратного смещения на p-n-переходе (вольтметр V). Количество точек и шаг изменения U вх выбрать таким, чтобы на итоговой ВАХ диода было видно увеличение обратного тока вблизи нулевого смещения, дальнейший выход на плато и пробой. Запрещается выходить в режим глубокого пробоя, чтобы не допустить перегрева диода и выхода из строя прибора.
2. 
   Переключить напряжение на прямое смещение и снять зависимость тока (амперметр А) от напряжения на p-n-переходе (вольтметр V) в прямом смещении.
3. 
   В процессе получения точек для построения ВАХ записывать напряжение, подаваемые на вход схемы (U вх).
4. 
   Данные эксперимента занести в таблицу 1.
5. 
   Из таблицы 1, учитывая пределы измерения и показания измерительных приборов, преобразовать экспериментальные данные и занести их в таблицу 2.
6. 
   На основе таблицы 2 построить вольт-амперную характеристику диода (аналогично рис. 5).
7. 
   Повторить инструкции пунктов 1 — 7 для второго стабилитрона лабораторного стенда.

Для заполнения данными таблиц 1 и 2, а также для построения вольт-амперной характеристики можно воспользоваться компьютерными программами (Excel, Open Office Calc, Google документы). Таблицы и графики должны быть распечатаны, вырезаны и вклеены в лабораторную тетрадь.

Примечание:

Максимально допустимый ток стабилизации I ст.макс. — это наибольший ток через стабилитрон, при котором температура его р-n-перехода не превышает допустимой. Превышение тока I ст.макс. ведет к тепловому пробою р-n-перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.

Для стабилитронов лабораторного стенда I ст.макс. = 29 мА (данные взяты из таблицы характеристик данной марки стабилитрона).

Основываясь на максимальном значении тока стабилизации и максимально возможном напряжении лабораторного источника (30 В) необходимо рассчитать номинал сопротивления R исходя из следующих соображений: при максимальном напряжении U вх ток через стабилитрон не должен превысить I стаб. Напряжение на входе (U вх), В

Напряжение на диоде (V), В

Показания амперметра (А)

Придел шкалы амперметра (А), мА

0,1

0,2

…

0,1

0,2

…

0,1

0,2

…

0,1

0,2

…

Таблица 2. Напряжение на диоде, В

Ток в схеме, мА

Диод №1. Полярность на входе (а).

0,1

0,2

…

Диод №1. Полярность на входе (б).

0,1

0,2

…

Диод №2. Полярность на входе (а).

0,1

0,2

…

Диод №2. Полярность на входе (б).

0,1

0,2

…

Контрольные вопросы:

1. 
   Поясните принцип образования объемного неподвижного заряда на границе p-n-перехода.
2. 
   Почему обратный ток p-n-перехода не меняется при увеличении обратного смещения до наступления пробоя?
3. 
   Чем обусловлено увеличение тока при подаче прямого напряжения на p-n-переход?
4. 
   Какой пробой наблюдается в стабилитроне? Какова его физическая природа?
5. 
   Что показывает амперметр А в схеме на рис. 6?
6. 
   Зачем в экспериментальной схеме, изображенной на рис. 6, применяется сопротивление R?
7. 
   Что показывает вольтметр V в схеме на рис. 6?
8. 
   На диод подается смещение U вх, при появлении тока в схеме напряжение V, падающее на диоде, уменьшается. Где падает разность напряжений U вх – V? Почему при отсутствии тока в схеме U вх = V?
9. 
   Меняется ли напряжение на диоде в режиме пробоя c увеличением обратного смещения U вх? Какие выводы из этого следуют?

Существует три вида диодов:

Газонаполненные;

Электровакуумные;

Полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.

В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, поэтому его электропроводность, как и у диэлектрика крайне мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость увеличится. Для того чтоб заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень малое количество примеси – 1 атом примеси на 10 6 атомов полупроводника. Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.

Если электрон освободился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона появилась новая дырка. Электроны двигаются от отрицательного к положительному потенциалу, а дырки можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении. Также дырки можно рассматривать как элемент положительного заряда. Примеси, которые образовывают свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые делают дырки – акцепторными. Процесс заполнения неполных валентных связей называется рекомбинация.

Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода

p — n переход – это переходной слой, полученный на границе полупроводников разной проводимости.

Различают два типа перехода:

Плоскостной;

Точечный.

Принцип работы полупроводникового диода основан на особенности p — n перехода — ярко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).

На основании представленных характеристик материалов создан полупроводниковый прибор – диод.

Рисунок 2 – Обозначение диода

в электрических схемах – VD .

Основные электрические параметры диода:

1. І ном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.

2. Максимальный импульсный ток – І і. max .

3. Обратное максимальное напряжение U обр.

Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям в воздухе, поэтому их размещают в герметичном корпусе из стекла или керамики.

Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток — черная кривая, напряжение — красная):

Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде

С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет малое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает мгновенно, переставая пропускать через себя ток.

Широко применяются при необходимости преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение будет иметь пульсирующий вид, как изображено на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же применять диодный мост , то будет осуществлено двухполупериодное выпрямление. В полученном пульсирующем напряжении для электрических приборов будет важно действующее значение напряжения . Для трехфазных сетей применяют выпрямитель Ларионова.

Специальные диоды

– разновидность диода, которому характерна вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначен продолжительно работать.

Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона

Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.

Основные характеристики: U стабилизации , І min , I max – граничные значения тока через стабилитрон.

Туннельный диод – это диод, которому характерно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно увеличивается выходное значение тока. Напряжение пробоя такого полупроводника практически равно нулю.

Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода

Используются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.

Динистор – специальный диод, который сохраняет высокое сопротивление до определенного значения прямого напряжения, после чего сопротивление резко спадает и равно величине сопротивления открытого диода.

Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора

Используют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.

Варикап – диод, у которого изменяется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.

Рисунок 7 – ВАХ варикапа

Применяются в электрических схемах, где необходима настройка частоты контура колебания, деление или умножение частоты.

Характерные для варикапа параметры:

Общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;

Коэффициент перекрытия по емкости – при двух некоторых значениях напряжения отношения емкостей варикапа.

Температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.

Предельная частота – та, на которой реактивная составляющая варикапа становится равна активной.

– спец диод, обратная проводимость которого изменяется от величины светового потока Ф.

Рисунок 8 – ВАХ фотодиода

Используются в измерителях светового потока и приборах автоматики.

Светодиод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении электрического тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.

Отличительной особенностью светодиода является экономичность – очень малое потребление тока (2-5мА).

Есть другой способ снижения напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про смотри здесь.

Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении, диодов.

Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него — от 0,5 до 1,2 Волта.

На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта. Исходя из того, на сколько вольт нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.

Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить: 6 В: 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В: 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.

Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?

На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.

У резистора (проволочного сопротивления) линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.

Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В. На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.

Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.

Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.

Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.

Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем ток в рассчитываемой цепи.

Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.

В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).

П олупроводниками являются вещества, занимающие промежуточное положение между проводниками и изоляторами, по своим электропроводящим свойствам.
В полупроводниках, как и в металлах ток представляет из себя упорядоченное движение заряженных частиц.
Однако, вместе с перемещением отрицательных зарядов(электронов) в полупроводниках имеет место упорядоченное перемещение положительных зарядов, т. н. — дырок .

Дырки получаются при участии ионов вещества полупроводника — атомов с сбежавшими электронами. В реальности, ионизированные атомы не покидают своего места, в кристаллической решетке. На самом деле, имеет место поэтапное изменение состояния атомов вещества, когда электроны перескакивают с одного атома, на другой. Возникает процесс, внешне выглядящий, как упорядоченное движение неких условных положительно заряженных частиц — дырок .

В обычном, чистом полупроводнике соотношение дырок и свободных электродов 50%:50%.
Но стоит добавить в полупроводник небольшое количество вещества — примеси, как это соотношение претерпевает значительные изменения. В зависимости от особенностей добавленного вещества полупроводник приобретает либо ярко выраженную электронную проводимость(n-тип), либо его основными носителями становятся дырки(p-тип).

Полупроводниковый переход(p-n) формируется на стыке двух фрагментов полупроводникового материала, имеющих разную проводимость. Он представляет из себя крайне тонкую область, обедненную носителями обоих типов. p-n переход имеет незначительное сопротивление, когда направление тока — прямое, и очень большое, когда направление тока — обратное.

Обычный полупроводниковый диод состоит из одного полупроводникового перехода, снабженного двумя выводами — анодом (положительным электродом) и катодом — отрицательным электродом. Соответственно, диод обладает свойством односторонней проводимости — он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном.

Что это означает на практике?
Представим себе электрическую цепь, состоящую из батарейки и лампочки накаливания, подключенной последовательно через полупроводниковый диод. Лампочка будет гореть только в том случае, если анод (положительный электрод) подключен к плюсу источника питания (батарейки) а катод (отрицательный электрод) к минусу — через накальную нить лампочки.

Это и является прямым включением полупроводникового диода. Если поменять полярность источника питания, включение диода окажется обратным — лампочка гореть не будет. Обратите внимание как выглядит обозначение полупроводникового диода на схеме — треугольная стрелочка, указывающая прямое включение, совпадает с общепринятым в электротехнике направлением тока — от плюса источника питания, к минусу. Вертикальная черточка примыкающая к ней символизирует преграду для движения тока в обратном направлении.

Существует одно обязательное условие для нормальной работы любого полупроводникового диода. Напряжение источника питания должно превышать некоторый порог (величину потенциала внутреннего смещения p-n перехода). Для выпрямительных диодов он как правило — меньше 1 вольта, для германиевых высокочастотных диодов порядка 0,1 вольта, для светодиодов может превышать 3 вольта. Это свойство полупроводниковых диодов можно использовать при создании низковольтных стабилизированных источников питания.

Если диод подключить обратно и постепенно повышать напряжение источника питания, в некоторый момент обязательно наступит обратный электрический пробой p-n перехода. Диод начнет пропускать ток и в обратном направлении, а переход окажется испорченным. Величина максимального допустимого обратного напряжения (Uобр.и.) широко разнится у различных типов полупроводниковых диодов и является очень важным параметром.

Вторым, не менее важным параметром можно назвать предельное значение прямого тока-Uпр. Этот параметр напрямую зависит от величины падения напряжения на переходе полупроводникового диода, материала полупроводника и теплообменных характеристик корпуса.

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт

ГОСТ 25529-82 Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров / 25529 82

Термин	Буквенное обозначение		Определение
	русское	международное
1. Постоянное прямое* напряжение диода D. Durchlassgleichspannung der Diode E. Forward continuous voltage F. Tension directe continue	Uпр	UF	Постоянное значение прямого напряжения при заданном прямом токе полупроводникового диода
2. Импульсное прямое напряжение диода D. Spitzendurchlassspannung der Diode E. Peak forward voltage F. Tension directe de crête	Uпр.и	UFM	Наибольшее мгновенное значение прямого напряжения, обусловленное импульсным прямым током диода заданного значения
3. Постоянное обратное напряжение диода D. Sperrgleichspannung der Diode E. Reverse continuous voltage F. Tension inverse continue	Uобр	UR	—
4. Импульсное обратное напряжение диода D. Spitzensperrspannung der Diode E. Peak reverse voltage F. Tension inverse de crête	Uобр.и	URM	Наибольшее мгновенное значение обратного напряжения диода
5. Среднее прямое напряжение диода D. Mittlere Durchlassspannung der Diode E. Average forward voltage F. Tension directe moyenne	Uпр.ср	UF(AV)	Среднее за период значение прямого напряжения диода при заданном среднем прямом токе
6. Пробивное напряжение диода D. Durchbruchspannung der Diode E. Breakdown voltage F. Tension de claquage	Uпроб	U(BR)	Значение обратного напряжения, вызывающее пробой перехода диода, при котором обратный ток достигает заданного значения
7. Постоянный прямой ток диода D. Durchlassgleichstrom der Diode E. Forward continuous current F. Courant direct continu	Iпр	IF	—
8. Импульсный прямой ток диода D. Spitzendurchlassstrom der Diode E. Peak forward current F. Courant direct de crête	Iпр.и	IFM	Наибольшее мгновенное значение прямого тока диода, исключая повторяющиеся и неповторяющиеся переходные токи
9. Средний прямой ток диода D. Mittlerer Durchlassstrom der Diode E. Average forward current F. Courant durect moyen	Iпр.ср	IF(AV)	Среднее за период значение прямого тока диода
10. Постоянный обратный ток диода D. Sperrgleichstrom der Diode E. Reverse continuous current F. Courant inverse continu	Iобр	IR	—
11. Импульсный обратный ток диода D. Spitzensperrstrom der Diode E. Peak reverse current F. Courant inverse de crête	Iобр.и	IRM	Наибольшее мгновенное значение обратного тока диода, обусловленного импульсным обратным напряжением
12. Прямая рассеиваемая мощность диода D. Durchlassverlustleistung der Diode E. Forward power dissipation F. Dissipation de puissance en direct	Pпр	PF	Значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого тока
13. Обратная рассеиваемая мощность диода E. Reverse power dissipation F. Dissipation de puissance en inverse	Pобр	PR	Значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании обратного тока
14. Средняя рассеиваемая мощность диода D. Mittlere Verlustleistung der Diode E. Average power dissipation	Pср	PR	Среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного токов
15. Импульсная рассеиваемая мощность диода D. Spitzenverlustleistung der Diode E. Peak power dissipation	Pи	PM	Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой диодом
16. Общая емкость диода D. Gesamtkapazität der Diode E. Terminal capacitance F. Capasité aux bornes	Cд	Ctot	Значение емкости между выводами диода при заданном режиме
17. Емкость перехода диода D. Sperrschichtkapazität der Diode E. Junction capacitance F. Capacité de jonction	Cпер	Cj	Общая емкость диода без емкости корпуса. Примечание. В случае, когда диод имеет p-i-n структуру, допускается использовать термин «емкость структуры» и буквенное обозначение «Cстр»
18. Емкость корпуса диода D. Gehäusekapazität der Diode E. Case capacitance	Cкор	Ccase	Значение емкости между выводами корпуса диода при отсутствии кристалла
19. Дифференциальное сопротивление диода D. Differentieller Widerstand der Diode E. Differential resistance F. Résistance différentielle	rдиф	r	Отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока в нем при заданном режиме
20. Последовательное сопротивление потерь диода D. Serienwiderstand der Diode E. Total series equivalent resistance F. Résistance série totale équivalente	rп	rs	Суммарное эквивалентное активное сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов диода
21. Тепловое сопротивление диода D. Wärmewiderstand E. Thermal resistance F. Résistance thermique	RΘ	Rth	Отношение разности эффективной температуры перехода и температуры в контрольной точке к рассеиваемой мощности диода в установившемся режиме
22. Импульсное тепловое сопротивление диода	RΘи	R(th)P	Отношение разности эффективной температуры перехода и температуры в контрольной точке к импульсной мощности диода
23. Тепловое сопротивление переход — окружающая среда диода	RΘпер-окр	Rthja	Тепловое сопротивление диода в случае, когда температурой в контрольной точке является температура окружающей или охлаждающей среды
24. Тепловое сопротивление переход — корпус диода Е. Thermal resistance junction to case	RΘпер-кор	Rthjc	Тепловое сопротивление диода в случае, когда температурой в контрольной точке является температура корпуса диода. Примечание. Если полупроводниковый кристалл имеет многослойную структуру, может быть использован термин «тепловое сопротивление структура - окружающая среда» или термин «тепловое сопротивление структура — корпус»
25. Тепловая емкость диода Е. Thermal capacitance	CΘ	Cth	Отношение тепловой энергии, накопленной в диоде, к разности эффективной температуры перехода и температуры в контрольной точке
26. Переходное тепловое сопротивление диода Е. Transient thermal impedance	ZΘ	Z(th)t	Отношение разности изменения температуры перехода и температуры в контрольной точке в конце заданного интервала времени, вызывающего изменение температуры, к скачкообразному изменению рассеиваемой мощности диода в начале этого интервала. Примечание. Непосредственно перед началом этого интервала времени распределение температуры внутри диода должно быть постоянным во времени
27. Переходное тепловое сопротивление переход — окружающая среда диода Е. Transient thermal impedance junction to ambient	ZΘпер—окр	Z(th)ja	Переходное тепловое сопротивление диода в случае, когда температурой в контрольной точке является температура окружающей или охлаждающей среды
28. Переходное тепловое сопротивление переход — корпус диода Е. Transient thermal impedance junction to case	ZΘпер—кор	Z(th)jc	Переходное тепловое сопротивление диода в случае, когда температурой в контрольной точке является температура корпуса диода
29. Индуктивность диода D. Induktvität der Diode E. Total series equivalent inductance F. Inductance série totale équivalente	Lп	Ls	Последовательная эквивалентная индуктивность диода при заданных условиях
30. Эффективное время жизни неравновесных носителей заряда диода Е. Effective excess minority lifetime	τэфф	τn τp	Величина, характеризующая скорость убывания концентрации неравновесных носителей заряда диода вследствие рекомбинации как в объеме, так и на поверхности полупроводника
31. Накопленный заряд диода E. Stored charge F. Charge stockée	Qик	Qs	Заряд электронов или дырок в базе диода или i-области p-i-n структуры, накопленный при протекании прямого тока
32. Заряд восстановления диода Ндп. Заряд переключения D. Sperrerholladung der Diode E. Recovered charge F. Charge recouvrée	Qвос	Qr	Полный заряд диода, вытекающий во внешнюю цепь при переключении диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение. Примечания: 1. Заряд восстановления включает накопленный заряд и заряд емкости обедненного слоя. 2. Заряд восстановления является суммой зарядов запаздывания и спада
33. Время обратного восстановления диода Ндп. Время восстановления обратного сопротивления D. Sperrerholungszeit der Diode E. Reverse recovery time F. Temps de recouvrement inverse	tвос,обр	trr	Время переключения диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение от момента прохождения тока через нулевое, значение до момента, когда обратный ток, уменьшаясь от максимального импульсного значения, достигает заданного значения обратного тока
34. Время прямого восстановления диода Ндп. Время восстановления прямого сопротивления D. Durchlasserholungszeit der Diode E. Forward recovery time F. Temps de recouvrement direct	tвос.пр	tfr	Время, в течение которого происходит включение диода и прямое напряжение на нем устанавливается от значения, равного нулю, до заданного установившегося значения
35. Рабочее импульсное обратное напряжение выпрямительного диода Е. Working peak reverse voltage	Uобр.и.р	URWM	Наибольшее мгновенное значение обратного напряжения выпрямительного диода без учета повторяющихся и неповторяющихся переходных напряжений
36. Повторяющееся импульсное обратное напряжение выпрямительного диода D. Periodische Spitzensperrspannung der Diode E. Repetitive peak reverse voltage F. Tension inverse de pointe répétitive	Uобр.и.п	URRM	Наибольшее мгновенное значение обратного напряжения выпрямительного диода, включая повторяющиеся переходные напряжения, но исключая неповторяющиеся переходные напряжения. Примечание. Повторяющееся напряжение обычно определяется схемой и параметрами диода
37. Неповторяющееся импульсное обратное напряжение выпрямительного диода D. Nichtperiodische Spitzensperrspannung der Diode E. Non-repetitive (surge) reverse voltage F. Tension inverse de pointe non-répétitive	Uобр.и.нп	URSM	Наибольшее мгновенное значение неповторяющегося переходного обратного напряжения выпрямительного диода. Примечание. Неповторяющееся переходное напряжение обусловливается обычно внешней причиной и предполагается, что его действие исчезает полностью до появления следующего переходного напряжения
38. Пороговое напряжение выпрямительного диода D. Schleusenspannung der Diode E. Threshold voltage F. Tension de seuil	Uпор	U(то)	Значение постоянного прямого напряжения выпрямительного диода в точке пересечения с осью напряжений прямой линии, аппроксимирующей вольт-амперную характеристику в области больших токов
39. Повторяющийся импульсный прямой ток выпрямительного диода D. Periodischer Spitzendurchlassstrom der Diode E. Repetitive peak forward current F. Courant direct de pointe répétitif	Iпр.и.п	IFRM	Наибольшее мгновенное значение прямого тока выпрямительного диода, включая повторяющиеся переходные токи и исключая все неповторяющиеся переходные токи
40. Ударный прямой ток выпрямительного диода	Iпр.уд	IFSM	Ток, при протекании которого превышается максимально допустимая эффективная температура перехода, но который за время срока службы выпрямительного диода появляется редко с ограниченным числом повторений и вызывается необычными условиями работы схемы
41. Действующий прямой ток выпрямительного диода Е. RMS forward current	Iпр.д	IF(RMS)	Действующее значение прямого тока выпрямительного диода за период
42. Ток перегрузки выпрямительного диода E. Overload forward current F. Courant direct de surcharge prévisible	Iпрг	I(OV)	Значение прямого тока выпрямительного диода, длительное протекание которого вызвало бы превышение максимально допустимой температуры перехода, но который так ограничен во времени, что эта температура не превышается. Примечание. За время эксплуатации диода число воздействий током перегрузки не ограничивается
43. Защитный показатель выпрямительного диода	∫ i2dt ∫ I2dt	∫ i2dt ∫ I2dt	Значение интеграла от квадрата ударного прямого тока выпрямительного диода
44. Повторяющийся импульсный обратный ток выпрямительного диода E. Repetitive peak reverse current F. Courant inverse de pointe répétitif	Iобр.и.п	IRRM	Значение обратного тока выпрямительного диода, обусловленного повторяющимся импульсным обратным напряжением
45. Средний обратный ток выпрямительного диода D. Mittlerer Sperrstrom der Diode E. Average reverse current F. Courant inverse moyen	Iобр.ср	IR(AV)	Среднее за период значение обратного тока выпрямительного диода
46. Средний выпрямленный ток диода D. Mittlerer Richtstrom der Diode E. Average output rectified current F. Courant moyen de sortie redressé	Iвп.ср	IO	Среднее за период значение прямого и обратного токов выпрямительного диода
47. Средняя прямая рассеиваемая мощность выпрямительного диода Е. Average forward power dissipation	Pпр.ср	PF(AV)	Произведение мгновенных значений прямого тока и прямого напряжения выпрямительного диода, усредненное по всему периоду
48. Средняя обратная рассеиваемая мощность выпрямительного диода Е. Average reverse power dissipation	Pобр.ср	PR(AV)	Произведение мгновенных значений обратного тока и обратного напряжения выпрямительного диода, усредненное по всему периоду
49. Ударная обратная рассеиваемая мощность лавинного выпрямительного диода Е. Surge (non-repetitive) reverse power dissipation	Pобр.и, нп	PRSM	Значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом, при воздействии одиночных импульсов тока в режиме пробоя
50. Повторяющаяся импульсная обратная рассеиваемая мощность выпрямительного диода Е. Repetitive peak reverse power dissipation	Pобр.и, п	PRRM	Значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом, при воздействии периодических импульсов
51. Рассеиваемая мощность выпрямительного диода при обратном восстановлении Е. Total instantaneous turn-off dissipation F. Dissipation totale instantanée à la coupure du courant	Pвос.обр	PRQ	Мгновенное значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом при переключении с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение
52. Импульсная рассеиваемая мощность выпрямительного диода при обратном восстановлении Е. Peak turn-off dissipation F. Dissipation de pointe à la coupure du courant	Pвос.обр, и	PRQM	Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом при переключении с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение
53. Средняя рассеиваемая мощность выпрямительного диода при обратном восстановлении Е. Average turn-off dissipation F. Dissipation moyene à la coupure du courant	Pвос. обр, ср	PRQ(AV)	Среднее за период значение мощности выпрямительного диода при обратном восстановлении
54. Рассеиваемая мощность выпрямительного диода при прямом восстановлении E. Total instantaneous turn-on dissipation F. Dissipation totale instantanée a l’etablissement du courant	Рвос.пр	PFT	Мгновенное значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом при переключении с заданного обратного напряжения на заданный прямой ток
55. Импульсная мощность выпрямительного диода при прямом восстановлении E. Peak turn-on dissipation F. Dissipation de pointe a l’etablissement du courant	Рвос.пр, и	PFTM	Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой выпрямительным диодом при переключении с заданного обратного напряжения на заданный прямой ток
56. Средняя рассеиваемая мощность выпрямительного диода при прямом восстановлении E. Average turn-on dissipation F. Dissipation moyenne a l’etablissement du courant	Pвос.пр, ср	PFT(AV)	Среднее за период значение мощности выпрямительного диода при прямом восстановлении
57. Энергия прямых потерь выпрямительного диода Е. Forward energy loss	Wпр Eпр	WF EF	Значение энергии потерь выпрямительного диода, обусловленной прямым током
58. Энергия обратных потерь выпрямительного диода Е. Reverse energy loss	Wобр Eобр	WR ER	Значение энергии потерь выпрямительного диода, обусловленной обратным током
59. Общая энергия потерь выпрямительного диода Е. Total energy loss	Wд Eд	Wtot Etot	Сумма средних значений энергий прямых и обратных потерь выпрямительного диода
60. Энергия потерь при обратном восстановлении диода Е. Reverse recovery energy loss	Wвос.обр Eвос.обр	Wrr Err	Значение энергии потерь выпрямительного диода при переключении с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение
61. Динамическое сопротивление выпрямительного диода D. Dynamischer Widerstand der Diode E. Slope resistance F. Résistance apparente directe	rдин	rT	Сопротивление, определяемое наклоном прямой, аппроксимирующей прямую вольт-амперную характеристику выпрямительного диода
62. Заряд запаздывания выпрямительного диода	Qзп	Qe	Заряд, вытекающий из выпрямительного диода за время запаздывания обратного напряжения
63. Заряд спада выпрямительного диода	Qсп	Qf	Заряд, вытекающий из выпрямительного диода за время спада обратного тока
64. Время запаздывания обратного напряжения выпрямительного диода	tзп	ts	Интервал времени между моментом, когда ток проходит через нулевое значение, изменяя направление от прямого на обратное, и моментом, когда обратный ток достигает амплитудного значения
65. Время спада обратного тока выпрямительного диода	tсп	tf	Интервал времени между моментом, когда ток, изменив направление от прямого на обратное и пройдя нулевое значение, достигает амплитудного значения и моментом окончания времени обратного восстановления выпрямительного диода
66. Пиковый ток туннельного диода D. Höckerstrom der Tunneldiode E. Peak point current F. Courant de pic	Iп	IP	Значение прямого тока в точке максимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение дифференциальной активной проводимости равно нулю
67. Ток впадины туннельного диода D. Talstrom der Tunneldiode E. Valley point current F. Courant de vallée	Iв	IV	Значение прямого тока в точке минимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение дифференциальной активной проводимости равно нулю
68. Отношение токов туннельного диода D. Höcker-Talstrom-Verhälthis der Tunneldiode E. Peak to valley point current ratio F. Rapport de dénivellation du courant	Iп / Iв	IP / IV	Отношение пикового тока к току впадины туннельного диода
69. Напряжение пика туннельного диода D. Höckerspannung der Tunneldiode E. Peak point voltage F. Tension de pic	Uп	UP	Значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току туннельного диода
70. Напряжение впадины туннельного диода D. Talspannung der Tunneldiode E. Valley point voltage F. Tension de vallée	Uв	UV	Значение прямого напряжения, соответствующее току впадины туннельного диода
71. Напряжение раствора туннельного диода D. Projezierte Höckerspannug E. Projected peak point voltage F. Tension isohypse	Uрр	UЗЗ	Значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому
72. Отрицательная проводимость туннельного диода D. Negativer Leitwert der Tunneldiode E. Negative conductance of the intrinsic diode F. Conductance négative de la diode intrinséque	gпер	gj	Дифференциальная проводимость перехода на падающем участке прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода
73. Предельная резистивная частота туннельного диода D. Entdämpfungs-Grenzfrequenz der Tunneldiode E. Resistive cut-off frequency F. Fréquence de coupure résistive	fR	fг	Значение частоты, на которой активная составляющая полного сопротивления туннельного диода на его выводах обращается в нуль
74. Шумовая постоянная туннельного диода D. Rauschfaktor der Tunneldiode E. Noise factor F. Facteur de bruit	Nш	Nn	Величина, определяемая соотношением: где Iр — ток в рабочей точке туннельного диода, gпер — отрицательная проводимость туннельного диода
75. Энергия импульсов туннельного диода	Wи	W	Энергия коротких импульсов тока, воздействующих на туннельный диод
76. Добротность варикапа D. Gütefaktor der Kapazitätsdiode E. Quality factor	Qв	Qeff	Отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения
77. Температурный коэффициент емкости варикапа D. Temperaturkoeffizient der Kapazität der Kapazitätsdiode E. Temperature coefficient of capacitance	αCв	αCtot	Отношение относительного изменения емкости варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды
78. Предельная частота варикапа D. Gütefrequenz der Kapazitätsdiode E. Cut-off frequency F. Fréquence de coupure	fпред.в	fco	Значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей его проводимости при заданных условиях
79. Температурный коэффициент добротности варикапа D. Temperaturkoeffizient des Gütefaktors der Kapazitätsdiode E. Temperature coefficient of quality factor	αCв	αQeff	Отношение относительного изменения добротности варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды
80. Коэффициент перекрытия по емкости варикапа	KC	Kc	Отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения
81. Напряжение стабилизации стабилитрона D. Z-Spannung der Z-Diode E. Working voltage (of voltage regulator diode) F. Tens on de régulation	Uст	Uz	Значение напряжения стабилитрона при протекании тока стабилизации
82. Ток стабилизации стабилитрона D. Z-Strom der Z-Diode E. Continuous current within the working voltage range F. Courant continu inverse pour la gamme des tensions de régulation	Iст	Iz	Значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации
83. Импульсный ток стабилизации стабилитрона	Iст.и	IZM	Наибольшее мгновенное значение тока стабилизации стабилитрона
84. Дифференциальное сопротивление стабилитрона D. Z-Widerstand der Z-Diode E. Differential resistance within the working voltage range F. Résistance différentielle dans la zone des tensions de régulation	rст	rz	Дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации стабилитрона
85. Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона D. Temperaturkoeffizient der Z-Spannung der Z-Diode E. Temperature coefficient of working voltage F. Coefficient de temperature de la tension de régulation	αUст	αГz	Отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации
86. Время включения стабилитрона D. Einschaltzeit der Z-Diode E. Turn-on time	tвкл	tоп	Интервал времени, определяемый с момента переключения стабилитрона из состояния заданного напряжения до момента достижения установившегося напряжения стабилизации
87. Временная нестабильность напряжения стабилизации стабилитрона D. Zeitliche Instabilitat der Z-Spannung der Z-Diode E. Working voltage long-term instability F. Instabilité à long terme de la tension de régulation	δUст	δUZ	Отношение наибольшего изменения напряжения стабилизации стабилитрона к начальному значению напряжения стабилизации за заданный интервал времени
88. Время выхода стабилитрона на режим D. Stabilisierungszeit der Z-Diode E. Transient time of working voltage	tвых	tг	Интервал времени от момента подачи тока стабилизации на стабилитрон до момента, начиная с которого напряжение стабилизации не выходит за пределы области, ограниченной 281Т
89. Несимметричность напряжения стабилизации стабилитрона	Hст	—	Разность напряжений стабилизации при двух равных по абсолютному значению и противоположных по знаку токах стабилизации стабилитрона
89а. Температурный уход напряжения стабилизации стабилитрона	ΔUΘ	ΔUΘ	Максимальное абсолютное изменение напряжения стабилизации стабилитрона от изменения температуры в установленном диапазоне температур при постоянном токе стабилизации
89б. Нелинейность температурной зависимости напряжения стабилизации стабилитрона	βст	βz	Отношение наибольшего отклонения напряжения стабилизации стабилитрона от линейной зависимости в указанном диапазоне температур к произведению абсолютного изменения напряжения стабилизации и абсолютного изменения температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации
89в. Размах низкочастотных шумов стабилизации стабилитрона	Uш.ст	Unz	Разница наибольшего и наименьшего напряжения стабилизации стабилитрона за время измерения в указанном диапазоне частот при постоянном токе стабилизации
90. Спектральная плотность шума стабилитрона	Sш	SUnz	Эффективное значение напряжения шума, отнесенное к полосе в 1 Гц, измеренное при заданном токе стабилизации стабилитрона в оговоренном диапазоне частот
91. Выпрямительный ток СВЧ диода	Iвп	IO	Постоянная составляющая тока СВЧ диода в рабочем режиме
92. Постоянный рабочий ток ЛПД	IрЛПД	Iw	Значение постоянного тока лавинно-пролетного диода, при котором обеспечивается заданная непрерывная выходная СВЧ мощность
93. Импульсный рабочий ток ЛПД	Iи.рЛПД	IWM	Мгновенное значение тока лавинно-пролетного диода, при котором обеспечивается заданная импульсная выходная СВЧ мощность
94. Постоянный пусковой ток ЛПД	Iпуск	IWmin	Наименьшее значение постоянного тока лавинно-пролетного диода, при котором возникает генерация СВЧ мощности
95. Импульсный пусковой ток ЛПД	Iи.пуск	IWMmin	Наименьшее мгновенное значение тока лавинно-пролетного диода, при котором возникает генерация СВЧ мощности
96. Пороговый ток диода Ганна	Iпор	I(ТО)max	Значение постоянного тока диода Ганна в точке первого максимума вольт-амперной характеристики, при котором значение дифференциальной активной проводимости равно нулю
97. Постоянный рабочий ток диода Ганна	IрГ	Iw	Значение постоянного тока диода Ганна при постоянном рабочем напряжении
98. Импульсный рабочий ток диода Ганна	Iи.рГ	IWM	Мгновенное значение тока диода Ганна при импульсном рабочем напряжении
99. Постоянное пороговое напряжение диода Ганна	UпорГ	U(TO)	Значение постоянного напряжения, соответствующее пороговому току диода Ганна
100. Постоянное рабочее напряжение диода Ганна	Up	UW	Значение постоянного напряжения диода Ганна, при котором обеспечивается заданная непрерывная выходная СВЧ мощность
101. Импульсное рабочее напряжение диода Ганна	Uи.р	UWM	Мгновенное значение импульсного напряжения диода Ганна, при котором обеспечивается заданная импульсная выходная СВЧ мощность
102. Непрерывная рассеиваемая мощность СВЧ диода E. R. F. с. w. power dissipation F. Dissipation de puissance dans le cas d’une onde R. F. entretenue	Pрас	PD	Сумма рассеиваемой СВЧ диодом мощности от всех источников в непрерывном режиме работы
103. Импульсная рассеиваемая мощность СВЧ диода E. Pulse r. f. power dissipation F. Dissipation de puissance dans le cas de train d’ondes R. F.	Pрас. и	PDPм	Сумма рассеиваемой СВЧ диодом мощности от всех источников в импульсном режиме работы
104. Средняя рассеиваемая мощность СВЧ диода E. Average r. f. power F. Puissance R. F. moyenne	Pрас.ср	PAD	Сумма средних значений рассеиваемых СВЧ диодом мощностей от всех источников
105. Непрерывная выходная мощность СВЧ диода	Pвых	Pout	Значение непрерывной СВЧ мощности, отдаваемой диодом в согласованную нагрузку в заданном режиме
106. Импульсная выходная мощность СВЧ диода	Pвых.и	PoutM	Значение импульсной СВЧ мощности, отдаваемой диодом в согласованную нагрузку в заданном режиме
107. Мощность ограничения СВЧ диода Е. Clipping power	Pогр	PL	Уровень СВЧ мощности, подводимой на вход линии передачи с диодом, включенным параллельно линии передачи, при которой выходная мощность достигает заданного значения
108. Тангенциальная чувствительность СВЧ диода Е. Tangential sensitivity	Ptg	TSS	Значение импульсной мощности СВЧ сигнала, при котором на экране осциллографа, включенного на выходе системы «детекторное устройство — видеоусилитель» наблюдается совпадение верхней границы полосы шумов при отсутствии СВЧ сигнала с нижней границей полосы шумов при его наличии
109. Граничная мощность детекторного диода	Pгр	Pinc	Значение мощности, при которой зависимость выпрямленного тока детекторного диода от мощности сигнала отклоняется от линейной на заданное значение при заданном сопротивлении нагрузки
110. Минимально различимая мощность сигнала детекторного диода	Pmin	NDS	Значение мощности СВЧ сигнала, поданного на приемник с детектором на входе, при котором отношение сигнал — шум равно единице
111. Время тепловой релаксации СВЧ диода	τT	τT	Интервал времени с начала подачи импульса, за который температура перехода СВЧ диода достигает 63,2% от значения температуры в установленном режиме
112. Энергия одиночного импульса СВЧ диода E. Single pulse energy F. Energie d’une impulsion	Wи.од Eи.од	Wp Ep	Значение энергии одного воздействующего на СВЧ диод короткого импульса. Примечание. Под коротким импульсом понимается импульс длительностью не более 10-8 с
113. Энергия повторяющихся импульсов СВЧ диода E. Repetitive pulse energy F. Energie d’une impulsion répétitive	Wи, п Eи, п	Ep(rep)	Значение энергии серии воздействующих на СВЧ диод повторяющихся коротких импульсов
114. Энергия выгорания СВЧ диода E. Burn-out energy F. Energie de claquage	Wвыг	WM EM EHFM WHFM	Минимальное значение энергии одиночного короткого импульса СВЧ диода, после воздействия которого электрические параметры СВЧ диода изменяются на заданные значения
115. Энергия СВЧ импульсов СВЧ диода	WСВЧи	WHFP	Значение энергии воздействующих на СВЧ диод СВЧ импульсов длительностью менее 3 · 10-9 с
116. Полное входное сопротивление СВЧ диода	Zвх	Zin	Полное сопротивление, измеренное на входе диодной камеры с СВЧ диодом в заданном режиме
117. Прямое сопротивление потерь переключательного диода	rпр	RF	Последовательное сопротивление потерь переключательного диода, включенного в линию передачи, при заданном постоянном прямом токе
118. Обратное сопротивление потерь переключательного диода	rобр	RR	Последовательное сопротивление потерь переключательного диода, включенного в линию передачи, при заданном постоянном обратном напряжении
119. Сопротивление ограничительного диода при низком значении СВЧ мощности	rниз	RL	Сопротивление потерь ограничительного диода, измеряемое при малых значениях СВЧ мощности, на начальном участке ограничительной характеристики, при которых сопротивление диода не изменяется
120. Сопротивление ограничительного диода при высоком значении СВЧ мощности	rвыс	RH	Сопротивление потерь ограничительного диода, измеряемое при значениях СВЧ мощности, больших мощности ограничения, при которых сопротивление диода не изменяется
121. Сопротивление диода Ганна	rГ	Rg	Активное сопротивление диода Ганна, измеряемое при напряжении значительно меньшем порогового
122. Выходное сопротивление смесительного диода	rвых	Zif	Активная составляющая полного сопротивления смесительного диода на промежуточной частоте в заданном режиме
123. Выходное сопротивление детекторного диода на видеочастоте	rвид	Rj	Активная составляющая полного сопротивления детекторного диода на видеочастоте в заданном режиме
124. Постоянная времени СВЧ диода	τ	τ	Произведение емкости перехода на последовательное сопротивление потерь СВЧ диода
125. Время выключения СВЧ диода	tвыкл	toff	Интервал времени нарастания обратного напряжения СВЧ диода при переключении его из открытого состояния в закрытое, отсчитанное по уровню 0,1 и 0,9 установившегося значения обратного напряжения
126. Полоса частот СВЧ диода			Интервал частот, в котором СВЧ диод, настроенный на заданную частоту, обеспечивает заданные параметры и характеристики в неизменном рабочем режиме
127. Предельная частота умножительного диода	fпред	fc	Значение частоты, на которой добротность умножительного диода равна единице. Примечание. Предельная частота определяется по формуле где Cпер — емкость перехода; rп — последовательное сопротивление потерь
128. Критическая частота переключательного диода	fкр	fos	Обобщенный параметр переключательного диода, определяемый по формуле
129. Добротность СВЧ диода	Q	Qeff	Отношение реактивного сопротивления СВЧ диода на заданной частоте к активному при заданном значении обратного напряжения
130. Потери преобразования смесительного диода E. Conversion loss F. Perte de conversion	Lпрб	Lc	Отношение мощности СВЧ сигнала на входе диодной камеры к мощности сигнала промежуточной частоты в нагрузке смесительного диода в рабочем режиме
131. Коэффициент полезного действия СВЧ диода	η	η	Отношение выходной мощности СВЧ диода к потребляемой им мощности
132. Выходное шумовое отношение СВЧ диода E. Output noise ratio F. Rapport de température de bruit	Nm	Nr	Отношение мощности шума СВЧ диода в рабочем режиме, отдаваемой в согласованную нагрузку, к мощности тепловых шумов согласованного активного сопротивления при той же температуре и одинаковой полосе частот
133. Нормированный коэффициент шума смесительного диода E. Standard overall average noise figure F. Facteur de bruit total moyen normal	Fнорм	Fos Fos(av)	Значение коэффициента шума приемного устройства со смесительным диодом на входе при коэффициенте шума усилителя промежуточной частоты равном 1,5 дБ
134. Коэффициент стоячей волны по напряжению СВЧ диода КСВН E. Voltage standing wave ratio V.S.W.P. F. Taux d’ondes stationnaires T.O.S (R.O.S.)	KстU	SV	Коэффициент стоячей волны по напряжению в линии передачи СВЧ, нагруженной на определенную диодную камеру с СВЧ диодом в рабочем режиме
135. Чувствительность по току СВЧ диода E. Total current sensitivity F. Sensibilité totale en courant	βI	βI	Отношение приращения выпрямительного тока диода к вызвавшей это приращение СВЧ мощности на входе диодной камеры с СВЧ диодом в рабочем режиме при заданной нагрузке
136. Чувствительность по напряжению СВЧ диода	βU	βU	Отношение приращения напряжения на нагрузке СВЧ диода к вызвавшей это приращение мощности СВЧ сигнала на входе диодной камеры с СВЧ диодом в рабочем режиме
137. Температурный коэффициент выходной мощности СВЧ диода	αPвых	αPout	Отношение относительного изменения выходной мощности СВЧ диода к абсолютному изменению температуры окружающей среды
138. Температурный коэффициент частоты СВЧ диода	αi	αi	Отношение относительного изменения частоты генерации СВЧ диода к разности температур, окружающей среды
139. Спектральная плотность напряжения шумового диода	S	S	Отношение среднего квадратического значения напряжения шумового диода к корню квадратному из заданного диапазона частот
140. Спектральная плотность мощности шумового диода	G	G	Отношение среднего квадратического значения мощности шумового диода к заданному диапазону частот
141. Неравномерность спектральной плотности напряжения (мощности) шумового диода	δSU δSP	SU, SD	Отношение экстремального значения спектральной плотности напряжения (мощности) шумового диода к их среднему значению, выраженное в децибелах
142. Температурный коэффициент спектральной плотности напряжения (мощности) шумового диода	αSU αSP	αSU, αSP	Отношение относительного изменения спектральной плотности напряжения (мощности) шумового диода к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе диода
143. Граничная частота шумового диода	fгр	finc	Значение частоты, на которой спектральная плотность напряжения или мощности шумового диода имеет максимальное отклонение от ее среднего значения
144. Диапазон частот шумового диода	Δf	f	Интервал частот, заключенный между верхней и нижней граничной частотой шумового диода
145. Постоянный рабочий ток шумового диода	Is	IS	Значение постоянного тока, при котором определяются параметры шумового диода
146. Постоянное напряжение шумового диода	Uш	Us	Значение постоянного напряжения, обусловленного постоянным рабочим током шумового диода

Диодные характеристики — CoderLessons.com

Существуют различные текущие шкалы для операций прямого и обратного смещения. Передняя часть кривой показывает, что диод проводит просто, когда P-область становится положительной, а N-область отрицательной.

Диод почти не проводит ток в направлении высокого сопротивления, то есть когда прегион становится отрицательным, а N-область — положительным. Теперь дырки и электроны отводятся от соединения, что приводит к увеличению барьерного потенциала. Это условие обозначено частью кривой обратного тока.

Пунктирный участок кривой показывает идеальную кривую , которая получилась бы, если бы не было лавинного пробоя. На следующем рисунке показана статическая характеристика переходного диода.

ДИОД IV Характеристики

Характеристики прямого и обратного токового напряжения (IV) диода обычно сравниваются на одной характеристической кривой. Рисунок, изображенный в разделе «Прямая характеристика», показывает, что прямое напряжение и обратное напряжение обычно отображаются на горизонтальной линии графика.

Прямые и обратные значения тока показаны на вертикальной оси графика. Прямое напряжение отображается справа, а обратное напряжение слева. Точка начала или нулевого значения находится в центре графика. Прямой ток удлиняется над горизонтальной осью, а обратный ток распространяется вниз.

Объединенные значения прямого напряжения и прямого тока находятся в верхней правой части графика, а обратное напряжение и обратный ток — в левом нижнем углу. Различные шкалы обычно используются для отображения прямых и обратных значений.

Вперед Характеристика

Когда диод смещен в прямом направлении, он проводит ток (IF) в прямом направлении. Значение IF напрямую зависит от величины прямого напряжения. Соотношение прямого напряжения и прямого тока называется ампер-вольт или IV характеристикой диода. Типичная диодная прямая IV характеристика показана на следующем рисунке.

Ниже приведены наблюдения —

• Прямое напряжение измеряется через диод, а прямой ток — это мера тока через диод.

• Когда прямое напряжение на диоде равно 0 В, прямой ток (IF) равен 0 мА.

• Когда значение начинается с начальной точки (0) графика, если VF постепенно увеличивается с шагом 0,1 В, IF начинает расти.

• Когда значение VF достаточно велико для преодоления барьерного потенциала PN-перехода, происходит значительное увеличение IF. Точку, в которой это происходит, часто называют напряжением колена V _K. Для германиевых диодов V _K составляет приблизительно 0,3 В, а для кремния — 0,7 В.

• Если значение IF значительно превышает V _K , прямой ток становится довольно большим.

Прямое напряжение измеряется через диод, а прямой ток — это мера тока через диод.

Когда прямое напряжение на диоде равно 0 В, прямой ток (IF) равен 0 мА.

Когда значение начинается с начальной точки (0) графика, если VF постепенно увеличивается с шагом 0,1 В, IF начинает расти.

Когда значение VF достаточно велико для преодоления барьерного потенциала PN-перехода, происходит значительное увеличение IF. Точку, в которой это происходит, часто называют напряжением колена V _K. Для германиевых диодов V _K составляет приблизительно 0,3 В, а для кремния — 0,7 В.

Если значение IF значительно превышает V _K , прямой ток становится довольно большим.

Эта операция вызывает чрезмерное нагревание через переход и может разрушить диод. Чтобы избежать этой ситуации, защитный резистор соединен последовательно с диодом. Этот резистор ограничивает прямой ток до максимального номинального значения. Обычно резистор ограничения тока используется, когда диоды работают в прямом направлении.

Обратная характеристика

Когда диод смещен в обратном направлении, он проводит обратный ток, который обычно довольно мал. Типичная обратная IV характеристика диода показана на рисунке выше.

Вертикальная линия обратного тока на этом графике имеет значения тока, выраженные в микроамперах. Количество неосновных носителей тока, которые принимают участие в проведении обратного тока, довольно мало. В общем, это означает, что обратный ток остается постоянным в течение большей части обратного напряжения. Когда обратное напряжение диода увеличивается с самого начала, наблюдается очень небольшое изменение обратного тока. В точке напряжения пробоя (VBR) ток очень быстро увеличивается. В это время напряжение на диоде остается достаточно постоянным.

Эта характеристика постоянного напряжения приводит к ряду применений диода в условиях обратного смещения. Процессы, которые отвечают за проводимость тока в диоде с обратным смещением, называются пробой лавины и пробой стабилитрона .

Диод Технические характеристики

Как и любой другой выбор, выбор диода для конкретного применения должен быть рассмотрен. Производитель обычно предоставляет этот тип информации. Спецификации, такие как максимальные значения напряжения и тока, обычные условия эксплуатации, механические характеристики, идентификация проводов, процедуры монтажа и т. Д.

Ниже приведены некоторые важные характеристики.

Максимальный прямой ток (IFM) — абсолютный максимальный повторяющийся прямой ток, который может проходить через диод.

Максимальное обратное напряжение (VRM) — Абсолютное максимальное или пиковое напряжение обратного смещения, которое может быть приложено к диоду.

Обратное напряжение пробоя (VBR) — минимальное установившееся обратное напряжение, при котором произойдет пробой.

Максимальный прямой импульсный ток (IFM-импульс) — максимальный ток, допустимый в течение короткого интервала времени. Это текущее значение намного больше, чем IFM.

Максимальный обратный ток (IR) — Абсолютный максимальный обратный ток, который допускается при рабочей температуре устройства.

Прямое напряжение (VF) — максимальное падение прямого напряжения для данного прямого тока при рабочей температуре устройства.

Рассеиваемая мощность (PD) — максимальная мощность, которую устройство может безопасно поглощать непрерывно в свободном воздухе при температуре 25 ° C.

Обратное время восстановления (Trr) — максимальное время, которое требуется устройству для включения и выключения стат.

Напряжение пробоя — это минимальное напряжение обратного смещения, при котором PN-переход размыкается при внезапном увеличении обратного тока.

Напряжение колена — это прямое напряжение, при котором ток через соединение начинает быстро увеличиваться.

Пиковое обратное напряжение — это максимальное обратное напряжение, которое можно приложить к PN-соединению, не повреждая его.

Maximum Forward Rating — максимальный мгновенный прямой ток, который может пройти PN-переход, не повредив его.

Максимальная мощность — это максимальная мощность, которая может рассеиваться от соединения без повреждения соединения.

Выпрямительный диод | Volt-info

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика выпрямительного диода.

Вольтамперная характеристика выпрямительного диода

   На рисунке в первом квадранте расположена прямая, в третьем – обратная ветвь характеристики диода. Прямая ветвь характеристики снимается при действии прямого напряжения, обратная соответственно – обратного напряжения на диод. Прямым напряжением на диоде называется такое напряжение, при котором на катоде образуется более высокий электрический потенциал по отношению к аноду, а если говорить языком знаков —  на катоде минус (-), на аноде плюс (+), как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема для изучения ВАХ диода при прямом включении.

 

   На рисунке 1 приведены следующие условные обозначения:

Iр – рабочий ток диода;

Uд – падение напряжения на диоде;

Uо – обратное напряжение диода;

Uпр – напряжение пробоя;

Iу – ток утечки, или обратный ток диода.

Понятия и обозначения характеристик

   Рабочий ток диода (Iр), это прямой электрический ток, длительное время проходящий через диод, при котором прибор не подвергается необратимому температурному разрушению, и его характеристики не претерпевают значительных качественных изменений. В справочниках может указываться как прямой максимальный ток.    Падение напряжения на диоде (Uд) – напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока. В справочниках может быть обозначено как прямое напряжение на диоде.

   Прямой ток течёт при прямом включении диода.

   Обратное напряжение диода (Uо) – допустимое обратное напряжение на диоде, приложенное к нему длительное время, при котором не происходит необратимое разрушение его p-n перехода. В справочной литературе может называться максимальным обратным напряжением.

   Напряжение пробоя (Uпр) – обратное напряжение на диоде, при котором происходит необратимый электрический пробой p-n перехода, и, как следствие, выход прибора из строя.

   Обратный ток диода, или ток утечки (Iу) – обратный ток, длительное время не вызывающий необратимого разрушения (пробоя) p-n перехода диода.

   При выборе выпрямительных диодов обычно руководствуются указанными выше его характеристиками.

Работа диода

   Тонкости работы p-n перехода, тема отдельной статьи. Упростим задачу, и рассмотрим работу диода с позиции односторонней проводимости. И так, диод работает как проводник при прямом, и как диэлектрик (изолятор) при обратном включении. Рассмотрим две схемы на рисунке 3.

Рисунок 3. Обратное (а) и прямое (б) включение диода.

 

   На рисунке изображены два варианта одной схемы. На рисунке 3 (а) положение переключателей S1 и S2 обеспечивают электрический контакт анода диода с минусом источника питания, а катода через лампочку HL1 с плюсом. Как мы уже определились, это обратное включение диода. В этом режиме диод будет вести себя как электрически изолирующий элемент, электрическая цепь будет практически разомкнута, лампа гореть не будет.

   При изменении положения контактов S1 и S2, рисунок 3 (б), обеспечивается электрический контакт анода диода VD1 с плюсом источника питания, а катода через лампочку – с минусом. При этом выполняется условие прямого включения диода, он «открывается» и через него, как через проводник, течёт ток нагрузки (лампы).

   Если Вы только начали изучать электронику, Вас может немного смутить сложность с переключателями на рисунке 3. Проведите аналогию по приведённому описанию, опираясь на упрощённые схемы рисунка 4. Это упражнение позволит Вам немного понять и сориентироваться относительно принципа построения и чтения электрических схем.

Рисунок 4. Схема обратного и прямого включения диода (упрощённая).

 

   На рисунке 4 изменение полярности на выводах диода обеспечивается изменением положения диода (переворачиванием).

Однонаправленная проводимость диода

Рисунок 5. Диаграммы напряжений до и после выпрямительного диода.

 

   Примем условно, что электрический потенциал переключателя S2 всегда равен 0. Тогда на анод диода будет подаваться разность напряжений –US1-S2 и +US1-S2 в зависимости от положения переключателей S1 и S2. Диаграмма такого переменного напряжения прямоугольной формы изображена на рисунке 5 (верхняя диаграмма). При отрицательной разности напряжений на аноде диода он заперт (работает как изолирующий элемент), при этом через лампу HL1 ток не течёт и она не горит, а напряжение на лампе практически равно нулю. При положительной разности напряжений диод отпирается (действует как электрический проводник) и по последовательной цепочке диод-лампа течёт ток. Напряжение на лампе возрастает до UHL1. Это напряжение немного меньше напряжения источника питания, поскольку часть напряжения падает на диоде. По этой причине, разность напряжений в электронике и электротехнике иногда называют «падением напряжения». Т.е. в данном случае, если лампу рассматривать как нагрузку, то на ней будет напряжение нагрузки, а на диоде — падение напряжения.

   Таким образом, периоды отрицательной разности напряжения как бы игнорируются диодом, обрезаются, и через нагрузку течёт ток только в периоды положительной разности напряжений. Такое преобразование переменного напряжения в однополярное (пульсирующее или постоянное) назвали выпрямлением.

Выпрямительные диоды: Конструктивные особенности и особенности вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды применяются в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов. В зависимости от значения максимального выпрямляемого тока различают выпрямительные диоды малой мощности (\(I_{пр max} \le {0,3 А}\)), средней мощности (\({0,3 А} < I_{пр max} \le {10 А}\)) и большой мощности (\(I_{пр max} > {10 А}\)). Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом, диоды средней и большой мощности должны располагаться на специальных теплоотводящих радиаторах, что предусматривается в т.ч. и соответствующей конструкцией их корпусов. Обычно, допустимая плотность тока, проходящего через \(p\)-\(n\)-переход, не превышает 2 А/мм2, поэтому для получения указанных выше значений среднего выпрямленного тока в выпрямительных диодах используют плоскостные \(p\)-\(n\)-переходы. Такие переходы имеют существенную емкость, что ограничивает максимальную допустимую рабочую частоту (\(f_р\)) выпрямительных диодов. Выпрямительные свойства диодов тем лучше, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше падение напряжения при заданном прямом токе. Значения прямого и обратного токов отличаются на несколько порядков, а прямое падение напряжения не превышает единиц вольт по сравнению с обратным напряжением, которое может составлять сотни и более вольт. Поэтому диоды обладают односторонней проводимостью, что позволяет использовать их в качестве выпрямительных элементов. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) германиевых и кремниевых диодов различаются. На рис. 2.3‑1 для сравнения показаны типичные ВАХ для германиевых и кремниевых выпрямительных диодов при различных температурах окружающей среды.   Рис. 2.3-1. Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов при различных температурах окружающей среды   По приведенным ВАХ видно, что обратный ток кремниевых диодов значительно меньше обратного тока германиевых диодов. Кроме того, обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевых диодов не имеет явно выраженного участка насыщения, что обусловлено генерацией носителей зарядов в \(p\)-\(n\)-переходе и токами утечки по поверхности кристалла. При подаче обратного напряжения превышающего некий пороговый уровень происходит резкое увеличение обратного тока, что может привести к пробою \(p\)-\(n\)-перехода. У германиевых диодов, вследствие большой величины обратного тока, пробой имеет тепловой характер. У кремниевых диодов вероятность теплового пробоя мала, у них преобладает электрический пробой. Пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому у них, в отличие от германиевых диодов, пробивное напряжение повышается с увеличением температуры. Допустимое обратное напряжение кремниевых диодов (до 1600 В) значительно превосходит аналогичный параметр германиевых диодов. Обратные токи в значительной степени зависят от температуры перехода. Из рисунка видно, что с ростом температуры обратный ток возрастает. Для приближенной оценки можно считать, что с увеличением температуры на 10 °С обратный ток германиевых диодов возрастает в 2, а кремниевых — в 2,5 раза. Верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет 75…80 °С, а кремниевых — 125 °С. Существенным недостатком германиевых диодов является их высокая чувствительность к кратковременным импульсным перегрузкам. Вследствие меньшего обратного тока кремниевого диода его прямой ток, равный току германиевого диода, достигается при большем значении прямого напряжения. Поэтому мощность, рассеиваемая при одинаковых токах, в германиевых диодах меньше, чем в кремниевых. Прямое напряжение при малых прямых токах, когда преобладает падение напряжения на переходе, с ростом температуры уменьшается. При больших токах, когда преобладает падение напряжения на сопротивлении нейтральных областей полупроводника, зависимость прямого напряжения от температуры становится положительной. Точка, в которой отсутствует зависимость прямого напряжения от температуры (т.е. эта зависимость меняет знак), называется точкой инверсии. У большинства диодов малой и средней мощности допустимый прямой ток, как правило, не превышает точки инверсии, а у мощных диодов допустимый ток может быть выше этой точки.     < Предыдущая   Следующая >

Диод [База знаний]

Что такое диод? Виды диодов

Теория

КОМПОНЕНТЫ

ARDUINO

RASPBERRY

ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

---

Диод — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. У него есть 2 полюса: анод и катод. Ток пропускается только от анода (+) к катоду (-).

Электроды диода носят названия анод и катод. Если к диоду приложено прямое напряжение (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода), то диод открыт (через диод течёт прямой ток, диод имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих случаях).

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

 

---

Конструкция диодов

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния/германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов, «дырочная»), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов, «электронной»).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

---

Основные характеристики

Падение напряжения	VF	Вольт
Максимальное сдерживаемое обратное напряжение	VDC	Вольт
Максимальный прямой ток	IF	Ампер

---

Вольт-амперная характеристика

После того, как напряжение в прямом направлении превысит небольшой порог V_F диод открывается и начинает практически беспрепятственно пропускать ток, который создаётся оставшимся напряжением.

Если напряжение подаётся в обратном направлении, диод сдерживает ток вплоть до некоторго большого напряжения V_DC после чего пробивается и работает также, как в прямом направлении.

---

Основные виды диодов

Выпрямительный диод

Также известен как защитный, кремниевый

• V_F = 0,7 В
• V_DC — сотни или тысячи вольт
• Открывается медленно
• Восстанавливается после пробоя обратным током

 

Диод Шоттки

Шоттки — фамилия его изобретателя. Также известен как сигнальный, германиевый.

• V_F = 0,3 В
• V_DC — десятки вольт
• Открывается быстро
• Сгорает после пробоя обратным током

 

Диод Зеннера (Стабилитрон)

Зеннер — фамилия его изобретателя. Также известен как стабилитрон

• V_F = 1 В
• V_DC — фиксированное значение на выбор
• Умышленно используется в обратном направлении как источник фиксированного напряжения

 

---

Поведение диода в прямом смещении? — Обмен электротехнического стека

Это простой вопрос определений. В любом направлении существует напряжение, выше которого диод начинает проводить большой ток для небольшого увеличения (или уменьшения в обратном случае) напряжения. Более тонкие детали функции ток-напряжение в каждом направлении несколько отличаются, но в качестве приближения первого порядка выше минимума (обратное напряжение пробоя) и ниже максимума (прямое напряжение) диод вообще не проводит, а при напряжения ниже или выше этих пределов, он проводит много.Этого приближения достаточно для большинства инженерных целей.

Причина разницы в терминах заключается в том, что лежащий в основе физический механизм совершенно иной. Прямое напряжение связано с природой полупроводника, и для всех кремниевых PN-диодов оно будет около 0,65 В. Напряжение обратного пробоя дополнительно зависит от геометрии и конструкции устройства, и даже для кремниевых PN-диодов возможен целый ряд значений.

Также не позволяйте термину «пробой» указывать на «пробой» диода.»Пробой» является обычное состояние диода, препятствующее протеканию обратного тока. При превышении напряжения обратного пробоя диод не обязательно повреждается. Однако будет течь большой ток, и если этот ток не ограничен (например, последовательным резистором), диод будет перегреваться. Тогда будет повреждено.

Обратите внимание, что на самом деле это не отличается от случая, когда диод смещен в прямом направлении. Любая попытка приложить напряжение, значительно превышающее прямое, приведет к очень сильному току, который приведет к перегреву диода и его разрушению.Ограничение тока позволяет избежать повреждений.

Обычные кремниевые диоды (например, 1n4148) не часто преднамеренно работают в режиме обратного пробоя. Их поведение в этом режиме работы обычно не указывается, за исключением некоторого минимального напряжения обратного пробоя. Существуют и другие диоды, такие как стабилитроны , обычно , работающие в режиме обратного пробоя (хотя физический механизм несколько иной). Эти диоды имеют более точно заданное поведение в этой операции, потому что в силу их конструкции соответствующие рабочие параметры могут быть более предсказуемыми и стабильными.

Режим работы диода от 0 до 0,7 В

Проблема в том, что вы наткнулись на две разные классификации работы диодов. Иногда авторы запутываются и путают их.

Существует первая классификация, которая учитывает полярность смещения: диод может быть смещен в прямом или обратном направлении. Вторая классификация — это режим работы диода: диод может быть включен (область прямой проводимости), выключен (область отсечки) или в пробое (область обратной проводимости).

Эти классификации частично совпадают.

Диод смещен в прямом направлении, если потенциал его анода выше, чем потенциал его катода. В противном случае это обратное смещение.

Диод считается проводящим в прямом направлении (т. Е. Включен), если его прямое смещение выше порогового напряжения (около 0,7 В для Si PN-диодов).

Считается отсечкой (т. Е. ВЫКЛ), если прямое напряжение находится между пороговым напряжением и напряжением пробоя (которое является отрицательным, как показано на оси Vf).

Если прямое напряжение меньше, чем напряжение пробоя (или, лучше сказать, если обратное напряжение выше, чем абсолютное значение напряжения пробоя), диод находится в пробое.

Таким образом, диод может быть отключен как в обратном, так и в прямом смещении. Это зависит от того, находится ли прямое напряжение в диапазоне между напряжением пробоя и пороговым напряжением.

Обратите внимание, что не все авторы согласны с этими определениями. Некоторые отождествляют прямое смещение с проводимостью, что нормально, если вы используете идеальную модель диода, где диод имеет порог 0 В.Обратите внимание, что даже Википедия ошибается.

TL; DR:

Чтобы прямо ответить на ваш вопрос здесь: между 0 В и 0,7 В диод оба прямое смещение и отсечка, т.е. непроводящие. Он может быть представлен (приблизительно) как разомкнутая цепь или (если вам нужна модель немного лучше) с резистором большого номинала.

Это означает, что смещение, хотя оно все еще «прямое» (или «прямое», как говорят некоторые обычно не англоязычные авторы), оно не достигло достаточно высокого значения, чтобы PN-переход внутри диода проводил.Другими словами, чтобы диод проводил при прямом смещении, вам нужно, чтобы прямое напряжение было достаточно высоким, чтобы преодолеть пороговое напряжение.

Имейте в виду, что понятие порогового напряжения несколько искусственно. Если вы рассмотрите уравнение Шокли, которое является довольно точной моделью поведения диода при отсечке и прямой проводимости, вы увидите, что нет способа получить это значение из этого уравнения.

Пороговое напряжение — это «нечеткая» концепция, которую инженеры используют при введении упрощенной модели диода (уравнение Шокли в большинстве случаев является избыточным и все еще не моделирует пробой).Фактически, при прямом смещении (Vf> 0) отношение V / I диода (согласно уравнению Шокли) является «простой» экспоненциальной функцией. Для математической точки зрения нет никакого «порога».

максимальное обратное напряжение, приложенное к конфигурации резистор-светодиод

«Зная, что максимальный ток, который может течь через светодиод, составляет 36 В / 2 кОм = 18 мА»

Да, но это утверждение подразумевает, что при 18 мА все 36 В будут падать на резистор, а фактическое напряжение на диоде будет 0 (ноль) вольт.:) (Мне пришлось включить это для новичков, это могло быть ошибочным заявлением, даже если это, вероятно, просто означало, что ни в коем случае ток не может превышать 18 мА.) Для диода не имеет значения, какое напряжение вы вводите во всю схему, все, что чувствует диод, — это напряжение между двумя его ножками.

Проблема заключается в том, что падение напряжения на резисторе пропорционально току, поэтому, если диод полностью блокирует ток … на резисторе нет падения напряжения, и все напряжение питания падает на сам диод.

В действительности фактические напряжения на диоде и резисторе являются результатом равновесия.Диод может пропускать ток в обратном направлении … если он не разрушен в режиме короткого замыкания (обычно он не открывается до разомкнутой цепи), поэтому на резисторе падает не так много напряжения.

НО. Но на самом деле это зависит от характеристик диода (которые вы редко встретите в деталях для диапазона выше указанного максимального напряжения на выходе, а во многих случаях совсем не в виде графика обратного напряжения (только обратный ток при максимальном обороте В).

У меня есть 5-миллиметровый желтый светодиод с Vf около 2,2 В, который я тестировал и полностью блокирует ток до 41 В (не использовал источник более высокого напряжения) (падение напряжения на резисторе 2 кОм составляло 0 мВ).

Красный светодиод 3мм с напряжением Vf около 2В, пропускаем ток в обратном направлении даже до 5В и при более высоком напряжении быстро становилось хуже. Но после установки светодиода «должным образом» он снова работает в обычном режиме.

Самым любопытным является 3-миллиметровый СИНИЙ светодиод (номинальный ток 5 мА, 3 В), который давал достаточно света, чтобы быть ясно видимым в освещенных условиях даже при 50 мкА (да, 0,05 мА) изначально. (Теперь после долгого неправильного использования (ниже) все по-другому). Этот светодиод пропускает даже больший ток в обратном направлении, чем пропускает вперед при том же напряжении.Я сделал обратное смещение сначала до 22 В, а затем до 40 В на несколько секунд, где он пропустил 18 мА (помните, номинал 5 мА) в обратном направлении! Когда я снова смещал его вперед, он НЕ ЗАЖИГАЛ. Мертвый? Нет, после первого нарушения потребовалось около 16 В прямого напряжения, чтобы пропустить любой ток (я контролировал напряжение на резисторе 2 кОм, чтобы определить ток), и при его зажигании прямое напряжение вернулось к исходному значению, а затем началось с аналогичное напряжение, как обычно. После второго неправильного обращения (40 В в обратном направлении) потребовалось еще более высокое напряжение (более 20 В) для повторного запуска с прямым смещением, но Vf постоянно упал примерно до 2 В, а теперь требуется около 2.5 мА при напряжении питания 2,45 В (напряжение питания в цепи 8,9 В), чтобы он загорелся так же, как при исходном токе 0,05 мА.

Кстати, я заметил аналогичный эффект быстрого износа у некоторых красных лазерных диодов, работающих при токе около 20 мА (это номинальный ток).

Ни один из протестированных диодов не светился с обратным смещением (даже незначительным) при любом обратном токе (даже в 3 раза больше номинального), и ни один из них не был разрушен из-за высокого обратного смещения. За исключением последнего синего диода, другие не проявили никакого вреда от высокого разворота.

Прямое напряжение — обзор

Температурная зависимость прямого напряжения

Другим определяющим фактором прямого напряжения является температура. i _s в уравнении диода имеет экспоненциальную температурную зависимость, которая определяет температурный коэффициент напряжения устройства, который для кремния составляет около -2 мВ / ° C для постоянного тока (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Символы диодов.

Эта характеристика имеет множество желательных применений и имеет некоторые нежелательные эффекты.Это означает, например, что зависимость v _f : i _f не является прямой экспоненциальной, потому что ток, протекающий через устройство, нагревает его, что приводит к сложной взаимозависимости между температурой и Текущий. По этой причине кривые v _f / i _f обычно задаются как «мгновенные» и измеряются в импульсных условиях, что может привести к путанице, если эти кривые применяются к установившимся параметрам. государственная операция.

Температурный коэффициент напряжения не позволяет принять стабильное значение для v _f , даже если диод работает при постоянном токе. Это имеет значение всякий раз, когда диод используется в линейной цепи.

Уравнение для схемы выпрямителя выходного напряжения, показанное на рис. 4.3, дается формулой. (4.2):

Рисунок 4.3. Схема диодного выпрямителя.

(4,2) V0 = R2R1 + R2 × (Vin − VF)

В качестве простого примера вы можете использовать диод, чтобы придать выпрямляющую (униполярную) характеристику делителю потенциала (рис.4.3).

Связь потенциального делителя сразу усложняется добавлением V _F . В коммерческом температурном диапазоне 0–70 ° C он будет изменяться примерно на 150 мВ (более подробные сведения о влиянии допусков на компоненты и вариаций в целом см. В главе 3 этой книги).

Если R ₁ и R ₂ составляют 10K, а В _в равно +5 В, В _F принимается равным 0.45–0,6 В, затем В ₀ будет изменяться от 2,275 до 2,2 В во всем диапазоне температур — это , а не половина В _в !

С положительной стороны, кремниевый диодный переход действительно образует дешевый и достаточно воспроизводимый, хотя и несколько неточный датчик температуры. Кроме того, можно ожидать, что два соединения в непосредственной близости будут постоянно отслеживать изменения в V _F , что позволяет при необходимости довольно простую температурную компенсацию.Эта характеристика является общей для всех кремниевых p-n-переходов, так что, например, вы можете использовать пару кремниевых диодов для компенсации условий постоянного тока однотранзисторного каскада усиления, как показано на рис. 4.4.

Рисунок 4.4. Температурная компенсация с помощью подмагничивающих диодов.

Эта схема работает по принципу, что до тех пор, пока резисторы смещения R ₁ и R ₂ равны, прямое напряжение диодов (2 В _F ) компенсирует напряжение база-эмиттер транзистора В _BE , так что ток эмиттера устанавливается только резистором эмиттера R _E .

(4.3) VB≈ [R2R2 + R1] × [VS − 2VF] + 2VF

(4.4) IE = (VB − VBE) × RE

(4.5) IE = [R2R2 + R1] × VS × RE

ifVBE≈VFandR1 = R2

Обратите внимание, что эта схема требует, чтобы два диода и резисторы смещения были равны, поскольку объединенное прямое напряжение делится на соотношение резисторов. Компенсация неточна, потому что переходы диода и транзистора не имеют одинаковых температур и, как правило, несут одинаковый ток. Если R ₁ >> R ₂ , то можно обойтись одним диодом и принять грубую температурную компенсацию, которая может быть адекватной для вашего приложения.

В качестве альтернативы можно использовать сдвоенные транзисторы, чтобы обеспечить одинаковые температуры перехода, с более сложной схемой для достижения очень точной компенсации. Последнее является основой для многих схем температурной компенсации операционных усилителей, поскольку дополнительные транзисторы по существу свободны и, находясь на одном кристалле, максимально приближены к требуемой температуре.

Твердотельные диоды и характеристики диодов [Analog Devices Wiki]

В электронике диод — это двухконтактный компонент с несимметричным током vs.характеристика напряжения, с низким (в идеале нулевым) сопротивлением току в одном направлении и высоким (идеально бесконечным) в другом. Кремниевый полупроводниковый диод, наиболее распространенный тип, представляет собой монокристаллический кусок полупроводникового материала с PN-переходом, подключенным к двум электрическим выводам.

5.1 PN-переход

PN-переход формируется путем соединения полупроводников p-типа и n-типа вместе в единую кристаллическую решетку. Термин «переход» относится к границе раздела, где встречаются две области полупроводника.Если бы переход был построен из двух отдельных частей, это привело бы к разрыву в кристаллической решетке, поэтому PN-переходы создаются в монокристалле полупроводника путем введения определенных примесей, называемых легирующими добавками, например, ионной имплантацией, диффузией или эпитаксией (выращиванием). слой кристалла, легированного примесями n-типа, поверх слоя кристалла, легированного примесями p-типа, например).

PN-переходы являются элементарными строительными блоками почти всех полупроводниковых электронных устройств, таких как диоды, транзисторы, солнечные элементы, светодиоды и интегральные схемы; они являются активными сайтами, где происходит электронное действие устройства.Например, обычный тип транзистора, транзистор с биполярным соединением, состоит из двух последовательно соединенных PN-переходов в форме NPN или PNP.

5.1.1 Свойства PN-перехода

PN-переход демонстрирует некоторые интересные свойства, которые находят полезное применение в твердотельной электронике. Полупроводник, легированный p-примесью, относительно проводящий. То же самое верно и для полупроводника с примесью n-типа, но переход между областями p- и n-типа является непроводником. Этот непроводящий слой, называемый обедненным слоем, возникает из-за того, что электрически заряженные носители, электроны в кремнии n-типа и дырки в кремнии p-типа, диффундируют в материал другого типа ( i.е. электронов в p-типе и дырках в n-типе) и устраняют друг друга в процессе, называемом рекомбинацией. Эта диффузия заряда вызывает встроенную разность потенциалов в обедненной области. Путем манипулирования этим непроводящим слоем PN-переходы обычно используются как диоды: элементы схемы, которые пропускают электрический ток в одном направлении, но не в другом (противоположном) направлении. Это свойство объясняется в терминах прямого смещения и обратного смещения, где термин смещение относится к приложению электрического напряжения к PN-переходу.PN-переход будет проводить ток, когда приложенное внешнее напряжение превышает встроенный потенциал перехода.

5.1.2 Равновесие (нулевое смещение)

В PN-переходе без внешнего приложенного напряжения достигается состояние равновесия, при котором на переходе образуется разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется встроенным потенциалом, В _BI .

На стыке полупроводников p-типа и n-типа более высокая концентрация электронов в области n-типа вблизи интерфейса PN имеет тенденцию диффундировать в область p-типа.По мере того как электроны диффундируют, они оставляют положительно заряженные ионы (доноры) в n-области. Точно так же более высокая концентрация дырок на стороне p-типа вблизи интерфейса PN начинает диффундировать в область n-типа, оставляя фиксированные ионы (акцепторы) с отрицательным зарядом. Области, непосредственно прилегающие по обе стороны от интерфейса PN, теряют свою нейтральность и становятся заряженными, образуя область пространственного заряда или обедненный слой (см. Рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 PN-переход в состоянии равновесия.

Электрическое поле, создаваемое областью пространственного заряда, препятствует процессу диффузии как для электронов, так и для дырок.Есть два одновременных явления: процесс диффузии, который имеет тенденцию генерировать больший объемный заряд, и электрическое поле, создаваемое объемным зарядом, которое стремится противодействовать диффузии. В состоянии равновесия эти две силы уравновешивают друг друга. Профиль концентрации носителей в состоянии равновесия показан на рисунке 5.1 синими и красными линиями. Также показаны два уравновешивающих явления, которые устанавливают равновесие.

Область пространственного заряда — это зона с чистым зарядом, обеспечиваемым фиксированными ионами (донорами или акцепторами), которые остались открытыми из-за диффузии основных носителей заряда.Когда равновесие достигнуто, плотность заряда аппроксимируется ступенчатой ​​функцией, отображаемой на графике Q (x) на рисунке 5.2. Фактически, область полностью обеднена основными носителями (оставляя плотность заряда равной чистому уровню легирования), а граница между областью пространственного заряда и нейтральной областью довольно резкая. Область пространственного заряда имеет одинаковый заряд по обе стороны от интерфейса PN, поэтому она простирается дальше на менее легированную сторону (сторона n на рисунках 5.1 и 5.2).

5.1.3 Прямое смещение

При прямом смещении положительное напряжение прикладывается к стороне p-типа по отношению к стороне n-типа перехода. При приложении напряжения таким образом дырки в области p-типа и электроны в области n-типа вытесняются в сторону перехода. Это уменьшает ширину истощающего слоя. Положительный заряд, приложенный к материалу p-типа, отталкивает дырки, в то время как отрицательный заряд, приложенный к материалу n-типа, отталкивает электроны.Расстояние между электронами и дырками уменьшается по мере того, как они движутся к стыку. Это снижает встроенный потенциальный барьер. С увеличением напряжения прямого смещения обедненный слой в конечном итоге становится достаточно тонким, чтобы встроенное электрическое поле больше не могло противодействовать движению носителей заряда через PN-переход, что, в свою очередь, снижает электрическое сопротивление. Электроны, которые пересекают PN-переход в материал p-типа (или дырки, которые проникают в материал n-типа), будут диффундировать в почти нейтральную область.Следовательно, степень диффузии неосновной части в зонах, близких к нейтральной, определяет величину тока, который может протекать через диод.

Только основные носители (электроны в материале n-типа или дырки в материале p-типа) могут протекать через полупроводник на макроскопическую длину. Имея это в виду, рассмотрим поток электронов через переход. Прямое смещение вызывает силу на электронах, толкающую их со стороны N к стороне P. При прямом смещении область обеднения достаточно узкая, чтобы электроны могли пересекать переход и инжектироваться в материал p-типа.Однако они не продолжают течь через материал p-типа бесконечно, потому что для них энергетически выгодно рекомбинировать с дырками. Средняя длина, которую электрон проходит через материал p-типа до рекомбинации, называется диффузионной длиной, и обычно она составляет порядка микрон.

Хотя электроны проникают в материал p-типа только на короткое расстояние до рекомбинации, электрический ток продолжается непрерывно, потому что дырки (основные носители) начинают течь в противоположном направлении, заменяя те, с которыми рекомбинируются электроны неосновных носителей.Полный ток (сумма токов электронов и дырок) постоянен в пространстве, потому что любое изменение вызовет накопление заряда с течением времени (это текущий закон Кирхгофа). Поток дырок из области p-типа в область n-типа в точности аналогичен потоку электронов от N к P (электроны и дырки меняются ролями, и знаки всех токов и напряжений меняются местами).

Таким образом, макроскопическая картина протекания тока через диод включает в себя электроны, протекающие через область n-типа к переходу, дырки, протекающие через область p-типа в противоположном направлении к переходу, и два типа носителей, постоянно рекомбинирующих в окрестность (определяемая диффузионной длиной) перехода.Электроны и дырки движутся в противоположных направлениях, но они также имеют противоположные заряды, поэтому общий ток идет в одном направлении с обеих сторон диода, если требуется.

5.1.4 Обратное смещение

Обратное смещение обычно относится к тому, как диод используется в цепи. Если диод смещен в обратном направлении, напряжение на катоде выше, чем на аноде. Следовательно, ток не будет течь, пока электрическое поле не станет настолько сильным, что диод не сломается.

Поскольку материал p-типа теперь подключен к отрицательной стороне приложенного напряжения, отверстия в материале p-типа отодвигаются от перехода, что приводит к увеличению толщины обедненного слоя.Точно так же, поскольку область n-типа подключена к положительной стороне, электроны также будут отводиться от перехода. Следовательно, обедненный слой расширяется и увеличивается с увеличением напряжения обратного смещения. Это увеличивает барьер напряжения, вызывая высокое сопротивление потоку носителей заряда, что позволяет только очень небольшому электрическому току протекать через PN-переход.

Напряженность электрического поля обедненного слоя увеличивается по мере увеличения напряжения обратного смещения.Когда напряженность электрического поля превышает критический уровень, слой истощения PN-перехода разрушается, и начинает течь ток, обычно в результате процессов стабилизации или лавинного пробоя. Оба эти процесса пробоя являются неразрушающими и обратимыми, пока величина протекающего тока не достигает уровней, которые вызывают перегрев полупроводникового материала и термическое повреждение.

Этот эффект используется в схемах стабилизаторов на стабилитронах.Стабилитроны имеют четко определенное низкое обратное напряжение пробоя по своей конструкции. Типичное значение напряжения пробоя составляет, например, 6,2 В. Это означает, что напряжение на катоде никогда не может быть более чем на 6,2 В выше, чем напряжение на аноде, потому что диод выйдет из строя и, следовательно, станет проводящим, если напряжение станет выше. Это эффективно ограничивает напряжение на диоде.

Другое применение, где используются диоды с обратным смещением, — это варакторные диоды (переменные конденсаторы).Слой обеднения действует как изолятор между двумя проводящими пластинами или выводами диода. Емкость зависит от ширины изоляционного слоя и его площади. Ширина зоны истощения любого диода изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Это изменяет емкость диода. Варакторы специально спроектированы так, чтобы одна сторона PN-перехода была слегка легированной, поэтому на этой стороне диода будет большая область обеднения. Эта более толстая область также будет больше зависеть от приложенного напряжения смещения, и, таким образом, изменение емкости диода (ΔC / ΔV) будет сильно зависеть от приложенного напряжения смещения.

Краткое содержание раздела

Свойства прямого смещения и обратного смещения PN-перехода предполагают, что он может использоваться в качестве диода. Диод с PN-переходом позволяет электрическим зарядам течь в одном направлении, но не в противоположном; отрицательные заряды (электроны) могут легко проходить через переход от N к P, но не от P к N, и обратное верно для дырок. Когда PN-переход смещен в прямом направлении, электрический заряд течет свободно из-за пониженного сопротивления PN-перехода.Однако, когда PN-переход имеет обратное смещение, барьер перехода (и, следовательно, сопротивление) становится больше, а поток заряда очень мал.

5.2 Фактические диоды

На рисунке 5.3 ниже схематично изображен диод (a) и показан типичный лабораторный диод (b). Диоды — довольно распространенные и полезные устройства. Можно представить себе диод как устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Это чрезмерное упрощение, но хорошее приближение.

Рисунок 5.3: (a) Схематический символ диода (b) малосигнальный диод.

Как обсуждалось ранее, полупроводниковые диоды изготавливаются в виде двухслойной структуры, образующей PN переход. Полупроводники, такие как кремний или германий, можно легировать небольшими концентрациями определенных примесей, чтобы получить материал, который проводит электричество посредством переноса электронов (n-тип) или через дырки (p-тип). Когда слои из этих двух типов легированного полупроводника построены так, чтобы сформировать PN-переход, электроны мигрируют от стороны n-типа, а дырки мигрируют от стороны p-типа, как показано на рисунке.5.1. Это перераспределение заряда приводит к возникновению потенциального промежутка В, , _BI, , поперек перехода, как показано на рисунке. Этот разрыв составляет VBI ~ 0 . 7 В для кремния и ~ 0 . 3 V для германия.

Рисунок 5.4 PN-переход, образующий промежуток напряжения на переходе.

Когда этот диод с PN-переходом теперь подключен к внешнему напряжению, это может эффективно увеличивать или уменьшать встроенный потенциальный зазор.Это приводит к очень разному поведению в зависимости от полярности этого внешнего напряжения, как показано на типичном графике В — I на рисунке. 5.5. Когда диод смещен в обратном направлении, как показано на рисунке 5.6, зазор увеличивается, и через переход проходит очень небольшой ток (до тех пор, пока в конечном итоге в этом примере не произойдет пробой поля при ~ 6,2 В). Напротив, конфигурация с прямым смещением уменьшает зазор, приближаясь к нулю для внешнего напряжения, равного напряжению зазора, и ток может течь легко.

Выражение для напряжения на диоде (прямое смещение) В _D выглядит следующим образом:

(5.1)

Где:
В _D = приложенное напряжение на диоде
k = постоянная Больцмана (1,38E-23 Дж / Кельвин)
T = абсолютная температура в Кельвинах
q = заряд электрона (1,6E-19 Кулонов)
I _D = фактический ток через диод
I _S = ток диффузии (постоянная, зависящая от устройства)
(Так называемое тепловое напряжение, В _T , составляет кТ / q = 26 мВ при комнатной температуре.)

Приведенное выше уравнение можно изменить, чтобы получить I _D :

(5.2)

Таким образом, при обратном смещении диод ведет себя как разомкнутый переключатель; и при прямом смещении для токов примерно 10 мА или больше диод дает почти постоянное падение напряжения ~ 0,7 В . Диффузионный ток I _S, зависит от уровня легирования примесей n-типа и p-типа, площади диода и (в очень большой степени) от температуры.Разумной отправной точкой для диода интегральной схемы с малой геометрией является I _S = 1E ^-16 .

Рисунок 5.5: Зависимость напряжения В _D от тока, I _D , поведение диода

Противоположные заряды в полупроводниковом переходе не отличаются от зарядов на пластинах конденсатора. Итак, у каждого перехода есть емкость; но поскольку расстояние между электронами и дырками, обедненный слой, изменяется с приложенным напряжением, емкость зависит от приложенного напряжения.Чем ниже напряжение, тем выше емкость, и она будет увеличиваться прямо в область прямого смещения.

Рисунок 5.6 Характеристики напряжения в зависимости от тока стабилитрона на 6,2 В

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание в отношении реальных диодов, — это последовательное сопротивление в полупроводниковом материале, не принимаемое областью обеднения. Для обычной концентрации 5E ¹⁵ (количество атомов примеси на кубический сантиметр, что дает практическое напряжение пробоя в ИС около 25 В), объемное удельное сопротивление составляет около 1 Ом · см для кремния, легированного фосфором (n-типа), и 3 Ом-см для бора (р-тип).Для сравнения, такой металл, как алюминий, имеет удельное сопротивление 2,8 мкОм-см, медь — 1,7 мкОм-см. Объемное удельное сопротивление (ρ или rho) измеряется между противоположными поверхностями куба материала с длиной стороны (w, h, l) 1 см (10 мм).

5.3 Температурные характеристики диодов

Из уравнения для напряжения диода 5.1 мы можем видеть, что оно содержит член абсолютной температуры T. Кроме того, диффузионный ток I _S на самом деле не является постоянным, но сильно зависит от температуры.На нижнем наборе графиков на рисунке 5.7 смоделированное напряжение диода в зависимости от температуры показано для четырех различных токов диода (зеленый = 1 мА , синий = 2 мА , красный = 5 мА и голубой = 10 мА). Из графиков видно, что напряжение на диоде имеет довольно сильную отрицательную температурную зависимость.

На верхнем графике показана разница между кривыми 2 мА и 1 мА вместе с разницей между кривыми 5 мА и 10 мА. Эти два результата лежат точно друг на друге.Причина этого станет очевидной, если мы рассмотрим уравнение напряжения на диоде более внимательно.

Рисунок 5.7 Зависимость напряжения диода от температуры при 1 мА, 2 мА, 5 мА и 10 мА

(5,3)

Переставляя и предполагая I _S1 = I _S2 , получаем:

(5,4)

Теперь сильный температурный эффект I _S выпадает из уравнения, и нам остается только абсолютный температурный член T, который делает ΔV _D пропорциональным абсолютной температуре (PTAT).Оба V _D2 — V _D1 и V _D4 — V _D3 имеют одинаковое соотношение 2: 1 для своих токов, и, таким образом, кривые ΔV _D будут точно лежать на друг над другом. При комнатной температуре тепловое напряжение В _T составляет примерно 26 мВ , что при умножении на ln (2) дает примерно 18 мВ, видимое на графике при 25 градусах.

5.4 Линейная модель

Линейная модель диода аппроксимирует экспоненциальные характеристики I — V прямой линией, касательной к реальной кривой в точке смещения постоянного тока.На рисунке 5.8 показана кривая с касательной в точке ( V _D , I _D ). Кривая пересекает горизонтальную ось при напряжении В _D0 . Для небольших изменений в V _D и I _D относительно точки касания касательная линия дает хорошее приближение к реальной кривой.

Рисунок 5.8 I — Характеристики V с касательной при ( V _D , I _D )

Наклон касательной определяется по формуле:

(5.5)

I _D часто намного больше, чем I _S , поэтому уравнение часто упрощается до:

(5,6)

Уравнение касательной:

(5,7)

5.5 Модель слабого сигнала

Поскольку уравнение диода для I _D как функции V _D является нелинейным, инструменты линейного анализа цепи не могут быть применены к схемам, содержащим диоды, так же, как это было бы для схемы, содержащей только резисторы.Однако, если ток диода известен для конкретного напряжения, можно использовать линейный анализ цепи для прогнозирования изменения тока при заданном изменении напряжения, при условии, что это изменение будет постепенно небольшим. Такой подход называется анализом слабого сигнала. Несколько слов об обозначениях:

Где:
V _D и I _D — значения смещения постоянного тока, а v _d и i _d — малосигнальные изменения значений смещения.

Сопротивление слабого сигнала определяется как отношение v _d к i _d и определяется по формуле:

(5,8)

Это приводит к тому же r _d , что и в модели линейного касательного диода на рисунке 5.8. Таким образом, слабосигнальная модель диода при прямом смещении представляет собой резистор номиналом r _d . Значение r _d обратно пропорционально протекающему через него току. Каждый раз, когда ток удваивается, сопротивление уменьшается вдвое.Из модели линейного диода следует, что r _d можно графически интерпретировать как обратную наклону кривой i _D относительно v _D в точке ( V _D , I _D ) .

Краткое содержание раздела

1. Полупроводники содержат два типа мобильных носителей заряда: положительно заряженные дырки и отрицательно заряженные электроны.
   

2. Полупроводник может быть легирован донорными примесями (легирование n-типа) так, чтобы он содержал подвижные заряды, являющиеся электронами.
   

3. Полупроводник может быть легирован акцепторными примесями (легирование p-типа), так что он содержит подвижные заряды, которые являются дырками.
   

4. Есть два важных механизма протекания тока в полупроводнике:
   

   1. диффузия носителей в результате градиента концентрации; и
      

   2. дрейф носителей в электрическом поле.
      

5. В состоянии равновесия через PN-переход создается встроенный потенциальный или потенциальный барьер В _BI Вольт.
   
6. При приложении напряжения прямого смещения В _DF встроенный потенциал снижается до В _BI — В _D , и ток течет через диод, когда В _DF больше V _BI .
   
7. При приложении напряжения обратного смещения В _DR высота потенциального барьера увеличивается до В _BI + В _DR и может течь небольшой ток.
   
8. Когда В _BI + В _DR больше некоторого критического напряжения, когда электрическое поле выше диэлектрической прочности полупроводника, происходит обратный пробой перехода и течет ток.
   
9. Полный ток диода I _D связан с приложенным напряжением В _D соотношением

ADALM1000 Лабораторное занятие 2. Диод I vs.Кривые V
ADALM1000 Lab Activity, Зависимая от напряжения емкость PN-перехода

Лабораторное занятие ADALM2000 2. Кривые зависимости диода I от V
Лабораторное занятие ADALM2000, зависимая от напряжения емкость PN перехода
Лабораторное занятие ADALM2000: датчик дифференциальной температуры

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Диоды — Практический EE

Диоды — это полупроводниковые приборы.Термин «полупроводник» означает, что устройство работает по-разному в разных условиях.

Диод

В случае диода, если напряжение на нем от анода до катода слишком низкое или отрицательное, то он не проводит ток или, по крайней мере, не проводит большой ток. Когда напряжение достигает определенного порога, диод «включается», и он проводит почти как короткое замыкание. Во включенном состоянии напряжение на диоде практически не связано с током, протекающим через него.То есть напряжение остается близким к пороговому, независимо от того, сколько тока протекает.

Форма кривой тока напряжения диода

На рисунке выше показан график зависимости тока от напряжения для диода. В середине, где напряжение равно нулю, ток также равен нулю, и ток остается на нуле по мере увеличения напряжения до тех пор, пока напряжение не приближается к пороговому значению (Vd), в точке, в которой ток начинает течь, и дополнительный ток не сильно изменяет напряжение от Vd. Vd также называют прямым напряжением Vf диода.

Для отрицательного напряжения, означающего, что анод находится под более низким напряжением, чем катод, диод входит в обратную область, где небольшая величина тока утекает в обратном направлении (от катода к аноду). Когда напряжение становится более отрицательным, диод достигает порога обратного напряжения пробоя (Vbr). При Vbr ток начинает течь свободно, а напряжение остается на уровне Vbr. Для большинства диодов работа в этой области пробоя вызывает повреждение диода, и этого следует избегать. Исключением является стабилитрон, который предназначен для работы в этой области.

Диодные символы

Символы диодов

Основные характеристики диодов

• Порог прямого напряжения (Vf) — порог напряжения для включения диода в прямом направлении
• Напряжение обратного пробоя (Vbr) — порог отрицательного (обратного) напряжения, за которым диод входит в область пробоя .
• Максимальный прямой ток — максимальный прямой ток, с которым диод может справиться, не перегреваясь.Нагрев вызван рассеиванием мощности, которая равна напряжению на диоде, умноженному на ток через диод. P = V * I. Обратите внимание, что, поскольку этот рейтинг связан с нагревом, он сильно зависит от того, как и где установлен диод (поток воздуха, близлежащие горячие устройства, радиатор и т. Д.).
• Максимальный обратный ток — для стабилитронов максимальный обратный ток, который он может выдержать до того, как станет слишком горячим.

Типы диодов

Диод общего назначения

• Vf находится в диапазоне.От 6 до 0,7 В.
• Доступно большое количество номиналов обратного напряжения пробоя.
• Доступен широкий диапазон значений максимального прямого тока.
• Доступны варианты монтажа на поверхность и в сквозное отверстие.
• Часто используется в качестве барьера для предотвращения протекания тока в одном направлении
  

SMD диод Сквозной диод

Диод Шоттки

• Диоды Шоттки похожи на диоды общего назначения, за исключением того, что имеют более низкое прямое напряжение.
• Vf в диапазоне от 0,15 до 0,45 В.
• Переключение из выключенного состояния во включенное быстрее, чем диоды общего назначения.
• Часто используется в качестве зажима, чтобы удерживать напряжение одного сигнала в пределах 0,45 В от другого (например, зажим ESD).
• Также часто используется в силовых приложениях для минимизации рассеиваемой мощности из-за более низкого прямого напряжения. P = V * I.

Стабилитрон

• Предназначен для использования в режиме обратного пробоя. Но также работает как обычный диод в прямом направлении.
• Доступен широкий выбор значений Vbr. Доступно все от 2,4 В до 1 кВ. Обратите внимание, что Vbr также часто называют напряжением Зенера.
  Обычно используется для ограничения напряжения некоторой сигнальной линии до определенного напряжения.
• Также часто используются для фиксации ESD, поскольку они могут фиксировать как положительные, так и отрицательные выбросы напряжения.
• Может использоваться для обеспечения постоянного напряжения питания. Например, если у вас доступно только 5 В, и у вас есть одна микросхема, которой нужно 3.3V, стабилитрон может быть хорошим решением. Но это решение довольно неэффективно, и напряжение не будет таким стабильным, как другие решения, такие как линейный регулятор, поэтому оно работает только тогда, когда нагрузке не требуется большой ток и она не чувствительна к изменению напряжения питания.
• Доступны в формах для монтажа в сквозные отверстия или на поверхность и в том же разнообразии размеров корпуса, что и диоды общего назначения.

Светоизлучающий диод (LED)

• Как и другие диоды, светодиоды рассеивают энергию в виде тепла, но они также излучают свет.
• Длина волны излучаемого света обычно находится в узком диапазоне, что означает излучаемую узкую цветовую полосу. Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материала, из которого изготовлен светодиод, и доступны не все цвета. Помимо цветов в видимом спектре, доступны светодиоды инфракрасного и нетрафиолетового цветов. Светодиоды также могут быть заключены в цветной материал, который может изменять цвет излучаемого света.
• Прямое напряжение светодиодов сильно различается и различается для каждого цвета.Vf может быть от 1 до 12 В.
• При реализации светодиода обычно требуется включать его постоянным детерминированным током, поскольку его свечение определяется током, протекающим через него.
• Очень эффективные источники света. Небольшая мощность дает много света.
• Используется для освещения, индикации и связи. Под коммуникацией я не имею в виду быструю передачу больших объемов данных, как это можно сделать с помощью лазерного диода по оптоволоконным кабелям.Например, светодиод можно использовать для создания оптического прерывателя (оптического переключателя), где у вас есть светодиод с одной стороны слота и фототранзистор с другой стороны, а свет от светодиода включает фототранзистор, если он проходит. слот, или фототранзистор отключается, когда слот заблокирован.
• Доступен с несколькими светодиодами в одной упаковке. Это могут быть разные цвета, например зеленый и красный, составляющие трехцветный светодиод (красный, зеленый и желтый, если включены оба).
• Часто имеют линзы, которые фокусируют или расширяют угол обзора света.

Светодиоды в сквозных отверстиях SMD светодиоды

Лазерные диоды

• Лазерные диоды излучают лазерный свет, что означает свет, который находится в очень узком диапазоне длин волн и излучается с очень узким направленным разбросом.
• Используется для оптоволоконной связи, считывания штрих-кодов, чтения и записи DVD, лазерной печати, хирургии и т. Д.
• Как правило, вы не будете использовать дискретный лазерный диод, но купите модуль для конкретного приложения. Например, для оптоволоконной связи вы купите соответствующий оптоволоконный трансивер и внедрите его.
• Кстати, оптоволоконная связь имеет очень приятные особенности. Каждая сторона оптоволоконного кабеля электрически изолирована друг от друга, и оптический сигнал, проходящий через кабель, не создает никаких электромагнитных помех (EMI) и невосприимчив к EMI от других источников. И оптический сигнал может быть действительно очень высокочастотным и может передаваться на очень-очень большие расстояния. Однако реализация оптоволоконных трансиверов на печатной плате довольно сложна.
• Лазерные диоды имеют соответствующие правила безопасности и делятся на разные классы в зависимости от уровня или вреда, который они могут причинить.Продукты, содержащие лазеры, должны иметь предупреждающие надписи.

Приемопередатчик SFP Лазерные диоды

Силовой диод

• Силовые диоды предназначены для выдерживания больших токов и рассеивания большого количества тепла.
• Используются в качестве выпрямителей, преобразующих переменный ток (AC) в постоянный (DC), используются как улавливающие диоды в импульсных преобразователях мощности DC: DC и используются для защиты питания от обратной полярности.
• Доступны высокомощные версии диодов общего назначения, Шоттки и Зенера.
Диоды Шоттки
• часто используются в силовых приложениях, поскольку более низкий Vf приводит к меньшему рассеянию мощности, что приводит к повышению эффективности и меньшему нагреву.
• Из-за больших значений тока номинальные значения Vf выше для мощных версий диодов, и это важно учитывать. P = V * I.
• Некоторые силовые диоды со сквозными отверстиями предназначены для подключения радиатора, а некоторые силовые диоды для поверхностного монтажа имеют тепловую заглушку (большую металлическую поверхность), которая может быть подключена через несколько переходных отверстий к заземляющий слой печатной платы для распространения тепла.

TH Силовой диод Силовой диод SMD

Вот видео о диодах от The Organic Chemistry Tutor на Youtube.

Далее: Транзисторы

Разница между прямым и обратным смещением по сравнительной таблице

Одно из основных различий между прямым и обратным смещением состоит в том, что при прямом смещении положительный вывод батареи подключается к полупроводниковому материалу p-типа , а отрицательный вывод подключается к n- Тип полупроводниковый материал . В то время как при обратном смещении материал n-типа подключается к положительной клемме источника питания, а материал p-типа подключается к отрицательной клемме батареи .Прямое и обратное смещение дифференцируются ниже в сравнительной таблице.

Смещение означает, что к полупроводниковому устройству подключено электрическое питание или разность потенциалов. Разность потенциалов бывает двух типов: прямое смещение и обратное смещение.

Прямое смещение снижает потенциальный барьер диода и обеспечивает легкий путь для прохождения тока. В то время как в обратное смещение разность потенциалов увеличивает силу барьера, который препятствует перемещению носителя заряда через переход.Обратное смещение обеспечивает высокий резистивный путь для прохождения тока, и, следовательно, ток не течет через цепь.

Содержимое: прямое смещение против обратного смещения

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Прямое смещение	Обратное смещение
Определение	Внешнее напряжение, которое прикладывается к PN-диоду для уменьшения потенциального барьера и образует легкий ток через него, называется прямым смещением.	Внешнее напряжение, которое прикладывается к PN-переходу для усиления потенциального барьера и предотвращает прохождение тока через него, называется обратным смещением.
Символ
Подключение	Положительная клемма батареи подключена к полупроводнику P-типа устройства, а отрицательная клемма подключена к полупроводнику N-типа	Отрицательная клемма батареи подключена к P-области и положительный полюс батареи подключен к полупроводнику N-типа.
Барьерный потенциал	Снижает	Усиление
Напряжение	Напряжение на аноде больше, чем на катоде.	Напряжение на катоде больше, чем на аноде.
Прямой ток	Большой	Маленький
Слой истощения	Тонкий	Толстый
Сопротивление	Низкое	Высокое
Текущий поток	Допускает	Предотвращает
Величина тока	Зависит от прямого напряжения.	Ноль
Эксплуатация	Проводник	Изолятор

Определение прямого смещения

При прямом смещении внешнее напряжение прикладывается к диоду с PN-переходом. Это напряжение устраняет потенциальный барьер и обеспечивает путь с низким сопротивлением для прохождения тока. Прямое смещение означает, что положительная область подключена к p-клемме источника питания, а отрицательная область подключена к n-типу устройства.

Напряжение потенциального барьера очень мало (около 0,7 В для кремния и 0,3 В для германиевого перехода), поэтому для полного устранения барьера требуется очень небольшое напряжение. Полное устранение барьера составляет путь с низким сопротивлением для прохождения тока. Таким образом, через переход начинает течь ток. Этот ток называется прямым током.

Определение обратного смещения

При обратном смещении отрицательная область подключена к положительной клемме батареи, а положительная область подключена к отрицательной клемме.Обратный потенциал увеличивает силу потенциального барьера. Потенциальный барьер препятствует потоку носителей заряда через переход. Это создает путь с высоким сопротивлением, в котором ток не течет через цепь.

Ключевые различия между прямым и обратным смещением

1. Прямое смещение снижает силу потенциального барьера, из-за чего ток легко проходит через переход, тогда как обратное смещение усиливает потенциальный барьер и препятствует потоку носителей заряда.
2. При прямом смещении положительный вывод батареи подключен к p-области, а отрицательный вывод подключен к материалу n-типа, в то время как при обратном смещении положительный вывод источника питания подключен к материалу n-типа, а отрицательный клемма подключается к материалу p-типа устройства.
3. Прямое смещение создает электрическое поле поперек потенциала, которое снижает силу потенциального барьера, тогда как обратное смещение увеличивает силу потенциального барьера.
   • Примечание. Потенциальный барьер — это слой между диодом с PN-переходом, который ограничивает движение электронов через переход.
4. При прямом смещении напряжение на аноде больше, чем на катоде, тогда как при обратном смещении напряжение на катоде больше, чем на аноде.
5. Прямое смещение имеет большой прямой ток, а обратное смещение имеет очень маленький прямой ток.
   • Примечание. Ток в диоде, когда он течет в прямом направлении, называется прямым током.
6. Слой обеднения диода очень тонкий при прямом смещении и толстый при обратном смещении.
   • Примечание. Слой обеднения — это область вокруг перехода, в которой свободные носители заряда истощены.
7. Прямое смещение уменьшает сопротивление диода, тогда как обратное смещение увеличивает сопротивление диода.
8. При прямом смещении ток легко течет по цепи, тогда как обратное смещение не позволяет току течь через нее.
9. При прямом смещении величина тока зависит от прямого напряжения, тогда как при обратном смещении величина тока очень мала или незначительна.