Изменится ли пробивное напряжение кремниевого диода с увеличением температуры от

Как изменяются свойства диодов с увеличением температуры?

Как изменится пробивное напряжение диода с увеличением температуры?

Одна из важных характеристик диода — пробивное обратное напряжение. Это напряжение зависит от ширины обедненного слоя и у современных плоскостных диодов равно сотням и тысячам вольт. Оно несколько увеличивается с повышением температуры, не выходящим за пределы работоспособности диода.

Как влияет температура на характеристики диодов?

Если температура повышается, то возрастает генерация пар носителей заряда и при этом электропроводимость возрастает. В этой связи прямой и обратный токи увеличиваются. Например для германиевых диодов при увеличении температуры на каждые 10° С обратный ток может возрасти в два раза, а для кремниевых диодов в 2,5 раза.

Чем обусловлено различие вах германиевого и кремниевого диодов при изменении температуры?

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.

Какие свойства диодов используются в выпрямительных устройствах?

Основные параметры выпрямительных диодов:

• среднее прямое напряжение при указанном токе ;
• средний обратный ток при заданных значениях обратного напряжения и температуры;
• допустимое амплитудное значение обратного напряжения ;
• средний прямой ток ;
• частота без снижения режимов.

Как изменится напряжение лавинного пробоя диода при увеличении температуры?

температуры при лавинном пробое. уменьшается длина свободного пробега носителей заряда, а значит, уменьшается и энергия, которую носитель заряда может приобрести на длине свободного пробега в электрическом поле. Следовательно, повышение температуры приводит к увеличению пробивного напряжения при лавинном пробое (рис.

Какое основное достоинство точечного диода?

В 1930-х годах было замечено уникальное свойство точечных диодов — их способность работать на очень высоких частотах, а развитие теории полупроводников позволило создать очищенные монокристаллы вещества и изготавливать диоды в герметичном корпусе с достаточно хорошей повторяемостью параметров.

Как влияет температура на вах?

Температурная зависимость ВАХ

При увеличении температуры уменьшается контактная разность потенциалов, энергия основных носителей заряда возрастает, соответственно растет диффузионная составляющая тока и прямой ток увеличивается (рис. 3).

Как влияет температура на стабилитрон?

с ростом температуры номинальное напряжение стабилизации уменьшается, а у высоковольтных ТКН имеет положительное значение. Для большинства стабилитронов ТКН лежит в пределах -0,05… +0,2%/°C.

Как температура влияет на сопротивление диода?

Вольт — амперная характеристика диода существенно зависит от его температуры. На рис. 4 показано её изменение при нагреве прибора. Наиболее сильно с изменением температуры меняются ток насыщения и соответственно обратное статическое сопротивление диода.

Чем обусловлено прямое и обратное сопротивления диодов?

Прямое и обратное напряжение диода.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод.

В чем различие кремниевого и германиевого диода?

Кремниевые диоды более долговечны, чем германиевые диоды, и их намного легче получить. Как уже было написано выше, германиевые диоды подходят для прецизионных цепей, но если не существует особых требований к германиевому диоду, обычно предпочтительнее использовать кремниевые диоды при проектировании схемы.

Как будет изменяться вид вах полупроводникового диода при увеличении температуры?

Форма ВАХ полупроводниковых приборов зависит от температуры его полупроводниковой структуры, например, от температуры p-n перехода. Для полупроводниковых диодов с p-n переходом при увеличении температуры угол наклона прямой и обратной ветвей ВАХ увеличивается.

Какие носители образуют обратный ток через диод?

Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда.

Какие функции может выполнять диод?

В электрических цепях выполняет функцию компонента, пропускающего ток только в одном направлении. . В основном диоды используются в выпрямителях – для преобразования переменного тока в постоянный, или в цепях ограничения направления тока.

Как установить выпрямительный диод?

Принцип работы выпрямительного диода

Анод соединяется с р-слоем, а катод – с n-слоем. В случае прямого включения диода на анод поступает плюс, а на катод – минус. В результате, через диод начинает проходить электрический ток.

Источник

16 полупроводниковые диоды полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

16.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом. Различают точечные (рис. 16.13) и плоскостные (рис. 16.14) диоды. В стеклянном или металлическом корпусе 2 точечного диода крепится германиевый или кремниевый кристалл n -типа 3 площадью порядка 1 мм 2 и толщиной 0,5 мм, к которому прижимается стальная или бронзовая игла 4, легированная акцепторной присадкой. Прибор включается в схемы через выводы 1 . В процессе формовки через контакт иглы с кристаллом пропускают мощные импульсы тока. При этом кончик иглы оплавляется и часть акцепторной примеси внедряется в кристалл. Вокруг иглы образуется микроскопическая (точечная) область с дырочной электропроводностью. На полусферической границе этой области с кристаллом n-типа возникает электронно-дырочный переход.

Малая площадь р-n-перехода в точечном диоде обеспечивает ему минимальное значение межэлектродной емкости.

Площадь р-n-перехода плоскостных диодов достигает десятков и сотен мм 2 .

Рис. 16.14. Конструкция плоскостного выпрямительного диода: 1 — вывод; 2 — стеклянная втулка; 3 — полупроводниковый кристалл; 4 — гайка, 5 — шайба; 6 — основание: 7 — металлический корпус

Для получения таких площадей используют методы сплавления или диффузии. При методе сплавления на пластинку кристалла с донорной примесью помещают таблетку акцепторной примеси, которая расплавляется при нагреве в печи. Расплав частично проникает в кристалл и образует область р-типа, граничащую с массой кристалла. У этой границы возникает р-n-переход.

При изготовлении диода методом диффузии кристалл с донорной примесью помещают в газовую среду акцептора (кристалл с акцепторной примесью — в газовую среду донора) и выдерживают длительное время при заданной температуре. Диффундируя в поверхность кристалла, молекулы акцептора (или донора) образуют область с типом электропроводности, противоположным типу электропроводности кристалла.

Метод сплавления позволяет получить р-n-переход с резким изменением концентрации примеси. При методе диффузии концентрация примесных атомов в области р-n-перехода изменяется плавно.

Мощные плоскостные полупроводниковые диоды, рассчитанные на большие токи, изготовляют в массивных металлических корпусах, обеспечивающих поглощение и отвод теплоты, выделяющейся в р-n-переходе. С помощью массивных шайб и гаек корпус диода плотно прижимается к монтажной металлической панели.

Основной характеристикой диода служит его вольт-амперная характеристика, вид которой совпадает с видом характеристики р-n-перехода (см. рис. 16.12). Вольт-амперная характеристика диода существенно зависит от температуры окружающей среды, с повышением которой прямой ток диода при одном и том же напряжении может увеличиться в несколько раз. При заданном прямом токе с увеличением температуры снижается прямое напряжение между электродами диода.

Существенным образом влияет температура окружающей среды и на обратный ток, который тоже возрастает с увеличением температуры. При увеличении температуры окружающей среды выше определенного значения уже при небольших обратных напряжениях развивается тепловой пробой р-n-перехода и диод выходит из строя. Работоспособность германиевых диодов теряется при температуре около 70° С, а кремниевых — при 200° С. Высокая термическая устойчивость кремния — важнейшее его преимущество по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Кремниевые диоды допускают плотность тока в прямом направлении 10 А/мм 2 и более, что позволяет изготовлять мощные полупроводниковые устройства с относительно небольшими массами и габаритами.

Одна из важных характеристик диода — пробивное обратное напряжение. Это напряжение зависит от ширины обедненного слоя и у современных плоскостных диодов равно сотням и тысячам вольт. Оно несколько увеличивается с повышением температуры, не выходящим за пределы работоспособности диода.

Внутреннее сопротивление плоскостных диодов прямому току при номинальных режимах работы составляет десятые доли ом, с повышением температуры оно уменьшается.

Карточка № 16.6а (175) Полупроводниковые диоды

Укажите основное достоинство точечного диода

Малые размеры Простота конструкции

Какой метод не применяется для создания р-n-перехода в плоскостных диодах?

Формовка большими импульсными токами

Из какого материала может быть изготовлена таблетка примеси для получения р-n-перехода методом сплавления в кристалле р-n-типа?

Как изменяется пробивное напряжение диода с увеличением температуры от 0 до 70″ С?

Это зависит от материала диода

С какой целью мощные диоды изготовляют в массивных металлических корпусах?

Для лучшего отвода теплоты

Для повышения пробивного напряжения

Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно. Рассмотрим наиболее характерные случаи.

Полупроводниковые диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются выпрямительными. Плоскостные диоды малой и средней мощности широко используют в схемах питания радиоаппаратуры, в устройствах автоматики и вычислительной техники. Диоды большой мощности используют в силовых установках для питания тяговых электродвигателей, привода станков и механизмов, обеспечения технологических процессов в химическом и металлургическом производствах.

Для характеристики выпрямительных свойств диодов вводится коэффициент выпрямления, равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении (например, 1 В). Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

Рис. 16.16.. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты (ультракоротковолновая и космическая радиосвязь, радиолокация, телеизмерительная техника и т. д.), называют высокочастотными. СВЧ-диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

Детекторные свойства СВЧ-диода, определяемые коэффициентом выпрямления, зависят от емкости р-n-перехода. Чем меньше эта емкость, тем больше коэффициент выпрямления.

Ранее установили, что ширина обедненного слоя и, следовательно, емкость электронно-дырочного перехода зависят от напряжения, приложенного в непроводящем направлении. Такая зависимость дает возможность изменять емкость диода, варьируя обратное напряжение на нем. Диоды, применяемые в качестве конденсаторов с управляемой емкостью, называют варикапами.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический (не тепловой) пробой (см. рис. 16.12), позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения.

Вспомним явление электронно-дырочного перехода электрический пробой

Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударной ионизацией атомов и туннельным эффектом. Ударная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электроны проводимости приобретают на расстоянии, равном длине свободного пробега, энер­гию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристалла. При этом происхо­дит лавинообразное увеличение количества носителей заряда и ток возрастает.

Туннельный эффект выражается в том, что элек­трон с энергетического уровня области р проникает сквозь потенциальный барьер без потери энергии на такой же энергетический уровень области n . При уве­личении напряжения до U Kp вероятность таких перехо­дов возрастает, что и приводит к увеличению обрат­ного тока.

Одна из возможных схем стабилизации представлена на рис. 16.15. Выходное напряжение схемы с большой степенью точности поддерживается на заданном уровне U ВЫХ = const, равном критическому (пробивному) напряжению диода С Т . Разница между входным и выходным напряжениями гасится на сопротивлении R г .

Если входное напряжение возрастает, то увеличивается и обратный ток диода, возрастает ток I и падение напряжения на гасящем сопротивлении R r . Приращения напряжений ΔU вx и Δ I · R г взаимно компенсируются, а U вых сохраняется на заданном уровне.

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Недостаток рассмотренной схемы — зависимость пробивного напряжения стабилитрона, а следовательно, и выходного напряжения U вых от температуры. Эту зависимость можно существенно уменьшить, включив последовательно со стабилитроном компенсирующий диод в прямом направлении.

Для стабилизации малых напряжений (порядка 1 В) используют диод, включенный по той же схеме, но в прямом направлении. При этом для повышения степени стабильности выходного напряжения структуру электронно-дырочного перехода формируют так, чтобы вольт-амперная характеристика диода в прямом направлении по возможности круто поднималась вверх при возрастании напряжения стабилизации (рис. 16.16).

При больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект р-п- перехода. При этом в вольт-амперной характеристике диода появляется участок с отрицательным сопротивлением (прямой ток увеличивается с уменьшением прямого напряжения), что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний. Такие диоды называют туннельными.

Для работы в импульсных схемах изготовляют импульсные диоды, у которых перераспределение носителей зарядов в р-n-переходах при смене полярности напряжения (переходные процессы) происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область р-n-перехода небольшой присадкой золота.

Условные обозначения некоторых полупроводниковых диодов изображены на рис. 16.17.

Маркировку диодов осуществляют с помощью цифр и букв.

Карточка № 16.66 (240) Полупроводниковые диоды

Какие диоды применяют для выпрямления переменного тока?

Источник