Typy a označení diod

V závislosti na vlastnostech a chování charakteristik proud-napětí se rozlišují následující typy diod.

1) Usměrňovač diody různých tříd, lišících se napětím, dobou sepnutí, pracovním frekvenčním pásmem. Charakteristika proud-napětí je stejná jako obvykle p-n-přechod. Označení je standardní (viz tabulka 2.1). Slitinové epitaxní a difúzní diody vyrobené na bázi asymetrických p-n-přechody. Usměrňovací diody se vyznačují nízkým odporem a vysokými proudy v propustném režimu. Díky velké spojovací ploše dosahuje kapacita bariéry desítek pikofaradů. Germániové usměrňovací diody se používají do teplot 70-80 oC, křemíkové do 120-150 oC, arsenid galia do 150 oC.

Hlavní parametry usměrňovacích diod:

U_{arr, max} – maximální přípustné zpětné napětí, které dioda vydrží, aniž by se zhoršil její výkon;

I_{vydání, st} — průměrný usměrněný proud;

I_{pr, str} – špičková hodnota proudového impulsu při dané maximální době trvání, pracovním cyklu a tvaru impulsu;

U_{pr, st} – průměrné propustné napětí diody při dané průměrné hodnotě propustného proudu;

P_ženatý – průměrný výkon rozptýlený diodou za dobu, kdy proud teče v dopředném a zpětném směru;

r_rozdíl – rozdílový odpor diody v propustném režimu.

Zvláště si všimneme třídy pulzních diod, které mají velmi krátké trvání přechodných procesů kvůli malým kapacitám přechodu (zlomky pikofaradů); snížení kapacity je dosaženo zmenšením plochy p-n-přechodu, proto je jejich přípustný ztrátový výkon menší než u nízkofrekvenčních usměrňovacích diod. Používají se v pulzních obvodech.

Výše uvedené parametry pro pulzní diody zahrnují celkovou kapacitu С_Д, maximální pulzní propustná a zpětná napětí a proudy, čas pro vytvoření propustného napětí od okamžiku, kdy je aplikován dopředný proudový impuls, dokud nedosáhne specifikované hodnoty propustného napětí, a dobu zotavení zpětného odporu diody z okamžik, kdy proud prochází nulou až do okamžiku, kdy zpětný proud dosáhne stanovené malé hodnoty (viz obr. 2.13).

Po změně polarity napětí v průběhu času t₁ zpětný proud se mění málo, je omezen pouze vnějším odporem obvodu. V tomto případě dochází k rozpuštění náboje menšinových nosičů nahromaděných v základně diody. Poté se proud sníží na svou statickou hodnotu, když je náboj v základně zcela absorbován.

2) zenerovy diody – diody navržené pro provoz v režimu elektrického průrazu. Symbol se liší od standardního (viz tabulka 2.1). V tomto režimu se při výrazné změně proudu zenerovy diody napětí na něm mění jen málo. Nízkonapěťové (do 5,7V) zenerovy diody využívají tunelový průraz a vysokonapěťové využívají lavinový průraz. Mají vyšší odolnost základny.

U_umění. – stabilizační napětí při daném proudu v průrazném režimu;

I_{st, min} и I_{st, max} – minimální přípustné a maximální přípustné stabilizační proudy;

r_umění. – rozdílový odpor zenerovy diody v oblasti průrazu;

— stabilizace teplotního koeficientu napětí (TKN) při daném stabilizačním proudu. Průraz tunelu je charakterizován záporným TKN a lavinový průraz je charakterizován kladným.

Pro stabilizaci nízkých napětí (0,3. 1,9V) jsou diody tzv stabilizátory, které fungují v přímém režimu, mají zvláštní formu přímé větve. Označení je stejné jako u usměrňovacích diod.

3) Schottkyho dioda – druh usměrňovacích diod, které pracují na bázi usměrňovacího kontaktu kov-polovodič, který díky přenosu části elektronů z polovodiče tvoří rozdíl kontaktních potenciálů n -typ do kovu a snížení koncentrace elektronů v polovodičové části kontaktu. Tato oblast má zvýšenou odolnost. Když je externí zdroj připojen plusem ke kovu a mínusem polovodičem, potenciálová bariéra se sníží a přechodem bude protékat stejnosměrný proud.

U Schottkyho diod nedochází k jevu akumulace a resorpce většinových nosičů, proto jsou velmi rychlé a mohou pracovat na frekvencích až desítek GHz. Propustné napětí je ~0,5 V, dopředný přípustný proud může dosáhnout stovek ampér a zpětné napětí může dosáhnout stovek voltů. Proudově napěťová charakteristika Schottkyho diody připomíná charakteristiku konvenční p-n-přechodů, rozdíl je v tom, že dopředná větev během 8-10 dekád napětí představuje téměř ideální exponenciální křivku a zpětné proudy jsou poměrně malé – 10 -10 . 10 -9 A.

Konstrukčně jsou Schottkyho diody vyrobeny ve formě nízkoodporové křemíkové desky, na které je nanesen vysokoodporový epitaxní film s elektrickou vodivostí stejného typu. Vrstva kovu se nanáší na povrch filmu vakuovým nanášením.

Schottkyho diody se používají ve spínacích obvodech, stejně jako v silnoproudých usměrňovačích a logaritmických zařízeních, vzhledem k odpovídajícímu typu jejich proudově-napěťových charakteristik.

4) Varicap – polovodičová dioda navržená tak, aby fungovala jako kapacita, jejíž hodnota závisí na napětí, které je na ni přiváděno. Jeho hlavní charakteristikou je kapacitní napětí S( U) (viz tabulka 2.1).

Varikap obvykle pracuje se zpětným napětím, při jeho změně se bariérová kapacita diody mění v širokém rozsahu a

kde C(0) je kapacita při nulovém napětí na diodě; — kontaktní potenciál; n =2 pro ostré a n = 3 pro hladké p-n-přechody.

Hlavní parametry varicapu:

С – kapacita měřená mezi svorkami při daném zpětném napětí;

— koeficient překrytí kapacity;

r_П – celkový aktivní odpor diody;

— činitel jakosti stanovený při dané kapacitní hodnotě.

5) Tunelová dioda – polovodičová dioda s klesajícím úsekem na propustné větvi proudově napěťové charakteristiky v důsledku tunelového jevu. Označení a proudově-napěťové charakteristiky jsou uvedeny v tabulce 2.1. Spádová část se vyznačuje záporným diferenciálním odporem.

V závislosti na jejich funkčním účelu se tunelové diody konvenčně dělí na zesilovací, generátorové a spínací.

I_П и U_П – špičkový proud a napětí na začátku klesajícího úseku;

I_В и U_В – proud a napětí údolí (konec klesajícího úseku);

— poměr údolního proudu k špičkovému proudu;

U_Р – rozsah napětí klesající části (řešení).

L_Д – celková sériová indukčnost diody za daných podmínek (viz obr. 2.14, představující náhradní obvod diody v sestupném úseku proudově-napěťové charakteristiky pro malé změny proudu a napětí na diodě).

f – rezonanční frekvence, při které je celková reaktance p-n-přechod a indukčnost pouzdra se stanou nulovými;

f_R – mezní odporový kmitočet, při kterém je aktivní složka impedance sériového obvodu sestávajícího z p-n-přechodové a ztrátové odpory mizí;

К_Ш – šumová konstanta tunelové diody, která určuje šumový faktor diody;

r_П – ztrátová odolnost, včetně odporu krystalu, kontaktních spojů a vodičů.

Typ tunelové diody je reverzní dioda. Jedná se o polovodičovou diodu, jejíž fyzikální jevy jsou podobné fyzikálním jevům v tunelové diodě. Někdy je považována za variantu tunelové diody. Zde je oblast s negativním odporem méně výrazná než oblast tunelu a někdy dokonce chybí. Označení a proudově-napěťové charakteristiky jsou uvedeny v tabulce. Reverzní větev reverzní diody se používá jako dopředná větev konvenční diody.

© Andreevskaya T.M. Katedra elektroniky, MIEM, 2005.