Диоды

Регламент входного контроля запорной арматуры. .

С полупроводников фактически началась эра микроэлектроники, которая сейчас оставила далеко позади электронику вакуумную и газоразрядную. Основным «героем» различных полупроводниковых структур является так называемый р-n переход. Здесь: р — от positive, т. е. положительный, область дырочной проводимости, а n — от negative, т. е. отрицательный, область электронной проводимости. Схемотехническое изображение диода, в котором реализован р-n переход, соответствует мнемоническому правилу, согласно которому стрелку тока на схемах показывают во внешней электрической цепи источника от его «плюса» к его «минусу».

Таким образом, треугольник (символ стрелки тока) — это как бы р-область «+», а вертикальная черта — это n-область «-». Поскольку подобное устройство является диодом, то по аналогии с электровакуумным диодом, соответствующие выводы часто называют анодом и катодом. Особенность работы диода в цепи отражается в зависимости его тока от напряжения, так называемой вольтамперной характеристике (ВАХ).
Для того чтобы выяснить смысл работы диода, достаточно взять любой выпрямительный диод и омметром (или мультиметром в режиме омметра) измерить его сопротивление для двух случаев его включения: прямом и обратном. В случае резистора получилось бы одно и то же число. Для диода же результаты этого нехитрого эксперимента дадут крайне малое сопротивление, если к его аноду подключен положительный вывод прибора, и очень большое при обратном включении. Этим приемом можно пользоваться для диагностики исправности диодов или определения их выводов. При отсутствии измерительных приборов можно попробовать провести подобный эксперимент с батарейкой и лампочкой от карманного фонарика. Собрав последовательную цепь: «плюс» батарейки-диод-лампочка-«минус» батарейки, проверяют ее работу при двух противоположных по знаку напряжениях на диоде. При подходящих параметрах компонентов цепи в одном случае лампочка будет гореть, а при другом — нет. Итак, проводимость диода сильно зависит от полярности приложенного напряжения. На сленге радиолюбителей «диод в одном направлении пропускает ток, а в другом — нет». А это позволяет производить выпрямление переменного тока, детектировать сигналы и т. п. Кстати, детектирование сигналов в простейшем радиоприемнике и привело к зарождению радиотехники.
Отмеченное выше основное свойство диода для конкретного образца имеет пределы: при очень большом прямом токе диод «сгорит», а при высоком обратном напряжении будет «пробит». Поэтому в паспортных данных на диоды всегда приводят величину допустимого прямого тока и допустимого обратного напряжения.
В этом плане описанным выше простым способом проверки диодов следует пользоваться, только если рабочее напряжение омметра меньше пробойного для диода. Однако это напряжение не должно быть меньше потенциального барьера р-n перехода полупроводникового материала соответствующего диода (0,7 В для кремния и 0,3 В для германия). Это лишний раз показывает, что всеми правилами и рекомендациями надо пользоваться вдумчиво. Так сказать, «семь раз примерь — один измерь», хотя, в другом смысле, для повышения точности требуются многократные измерения.
Диод, включенный на прямое напряжение, называют прямосмещенным, или открытым, а на обратное — обратносмещенным, или запертым.
По назначению различают диоды выпрямительные (для выпрямительных устройств), универсальные (для детекторов различного типа) и импульсные (для импульсных устройств).
В зависимости от использованного полупроводникового материала различают диоды германиевые, кремниевые и арсенид-галиевые. Германиевые диоды применяют в основном для детектирования слабых высокочастотных сигналов, а для выпрямителей используют кремниевые диоды.

«Экзотические» типы диодов
В большом семействе диодов, помимо рассмотренных выше «обычных», с простым р-n переходом, встречаются и своеобразные устройства с более сложными характеристиками. Ряд из них традиционно называют по фамилиям тех ученых, которыми они были разработаны.
Диоды Ганна представляют собой полупроводниковые приборы, имеющие сложную структуру зоны проводимости (из арсенида галлия с электронной электропроводностью), работающие на основе открытого в 1963 г. американским физиком Дж. Б. Ганном эффекта, заключающегося в возникновении автоколебаний тока в подобных системах. Колебания возникают в определенном интервале прямых напряжений на диоде на падающем участке ВАХ, имеющей N-образный характер. Используются в СВЧ-генераторах.
Диоды Есаки, или туннельные диоды, основаны на квантово-механическом туннельном эффекте просачивания носителей заряда сквозь потенциальный барьер. Эффект был открыт японским физиком Есаки в 1958 г. ВАХ диода также имеет N-образный характер, поэтому их используют как генераторные, а также в качестве усилительных и переключательных.
Диоды Зенера, стабилитроны или опорные диоды — кремниевые диоды, работающие на обратной ветви ВАХ. В прямом направлении зенеровские диоды ведут себя как «обычные». Работа же при обратном смещении имеет следующую специфику: до некоторого порогового напряжения диод, как обычно, заперт, а при большем обратном напряжении он пробивается. Но это не беда, как для «обычного» диода, в том и заключается «фокус», что пробой в зенеровском диоде носит обратимый характер. Этот-то участок его ВАХ и используется для стабилизации напряжения и включается он «шиворот-навыворот». Характеристиками данного диода служат напряжение пробоя, составляющее от 2,4 до 91 В, и рабочий ток (от 3,9 до 320 мА).
Диоды Шоттки имеют структуру металл-полупроводник, позволяющую получить высокое быстродействие при переключениях напряжения. Очевидно, на особенность поведения этого контакта впервые обратил внимание еще в 1922 г. сотрудник Нижегородской радиолабаратории О. В. Лосев, систематическое же исследование провел В. Шоттки, именем которого и были названы подобные полупроводниковые приборы. Обычно диоды Шоттки изготавливают на основе кристаллов кремния или арсенида галлия. Они широко используются в СВЧ-технике связи и как составной элемент интегральных логических микросхем.
Пин-диоды, или p-i-n-диоды, выполняют в виде многослойной структуры, в которой между р и n областями полупроводника образуется слой с высокой собственной электропроводностью, называемый i-слоем. В режиме переключения проводимость этого слоя меняется на четыре порядка, что позволяет использовать пин-диоды, например, как быстродействующие, переключательные СВЧ-диоды.
Варикапы (от англ. varyable — переменный и capacity — емкость) — диоды, у которых используется барьерная емкость запертого р-n перехода, зависящая от величины приложенного к диоду обратного напряжения. Если рассматривать диод как своеобразный конденсатор, можно обнаружить, что толщина потенциального барьера р-n перехода будет тем больше, чем больше (по модулю) обратное напряжение. Его увеличение как бы раздвигает обкладки конденсатора, что приводит к естественному уменьшению емкости. Существование барьерной емкости обычно ограничивает быстродействие диодов и их частотные характеристики, в варикапах же «то, что немцу плохо…», наоборот, работает на пользу. При прямых напряжениях эта емкость шунтируется малым сопротивлением и снижается добротность. Основными характеристиками варикапов служат: номинальная, минимальная и максимальная емкости; максимально допустимое напряжение и мощность. Варикапы применяют для электронной настройки колебательных контуров.
Поскольку полупроводниковые материалы и структуры из них весьма разнообразны, то и приборов на их основе создано, помимо перечисленных, и будет еще создаваться очень много. Однако, прервем на этом наш обзор, отнеся лишь рассмотрение фото- и светодиодов, в раздел оптоэлектронных компонентов.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.