электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Работа полупроводникового диода

Работа полупроводникового диода зависит от условий окружающей среды. Так, электропроводность полупроводников получается достаточно высокой при температурах 50—60° С, так как с повышением температуры увеличиваются тепловые колебания электронов основного полупроводника и примеси. Часть электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления связей с ядрами атомов. Атомы примеси отдают все свои носители зарядов быстрее и при меньшей температуре, чем атомы основного полупроводника. Поэтому при высоких температурах увеличение тока через n — р-переход определяется главным образом ростом электропроводимости основного полупроводника, а не примеси.

На рис. 76 штрих-пунктиром показана вольт-амперная характеристика диода при более высокой температуре окружающей среды. Из графика видно, что по мере повышения температуры увеличивается как прямой ток диода, так и обратный, а напряжение Uобр.макс снижается. Это объясняется тем, что собственная электропроводность полупроводника определяется равным количеством электронов и дырок, движущихся в противоположных направлениях. Различие концентраций носителей зарядов в материалах р- и n-типа уменьшается, исчезает и контактная разность потенциалов. Поэтому полупроводниковый диод с повышением температуры ухудшает свои выпрямляющие (вентильные) свойства.

Германиевые полупроводниковые диоды работают при температурах до +70÷ +80° С, кремниевые диоды могут работать при более высоких температурах, доходящих до +140÷ + 150° C.

Существенным недостатком полупроводникового диода является зависимость его работы от частоты приложенного напряжения.

Ранее было установлено, что электрическое поле контакта Ек смещает электроны и дырки в соответствующих направлениях, образуя своеобразный «барьер», ограничивающий перемещение зарядов. Область перехода оказывается обедненной подвижными носителями зарядов. Она как бы играет роль диэлектрика некоторого конденсатора, обкладками которого служат слои р и n. Емкость этого «конденсатора» зависит от величины  приложенного обратного напряжения. С увеличением  последнего свободные электроны и дырки расходятся на большие расстояния друг от друга, толщина «диэлектрика»   конденсатора становится больше, площадь же остается прежней. Поэтому барьерная емкость Сб падает. С увеличением прямого напряжения заряды смещаются друг к другу и Сб возрастает.

Диффузия через р — n-переход происходит сравнительно медленно, так как положительные заряды, пришедшие в n-область, притягивают к себе электроны, а электроны, пришедшие в р-область, притягивают к себе дырки. В объеме полупроводника появляется значительное количество связанных зарядов. Такое накопление зарядов эквивалентно некоторой диффузионной, так называемой динамической емкости. Поскольку увеличение прямого напряжения приводит к большему перемещению носителей через переход, то динамическая емкость возрастает. При увеличении обратного напряжения динамическая емкость уменьшается, так как количество связанных зарядов становится меньше.

Эквивалентная схема n — р-перехода представлена на рис. 77, где r1 — собственное сопротивление полупроводника; r2 — сопротивление перехода, зависящее от величины и полярности приложенного напряжения; Ссоб — = Сб + Сд — собственная емкость n — р-перехода.

  Рис. 77. Эквивалентная схема n—р-перехода.

Барьерная и динамическая емкости зависят от величины и знака переменного напряжения, приложенного к  полупроводниковому диоду. Во время отрицательного полупериода переменного напряжения барьерная емкость значительно больше диффузионной, а во время положительного полупериода приложенного напряжения, наоборот, диффузионная емкость много больше барьерной. Поэтому в первом приближении собственную емкость Ссо6 при любом знаке приложенного напряжения можно считать  примерно  постоянной.

С увеличением частоты напряжения, приложенного к полупроводниковому диоду, сопротивление собственной емкости ХCсоб=1/ωСсоб падает, обратный ток возрастает (r2 при этом может быть очень большим) и диод теряет свойство односторонней проводимости. Поэтому на частотах свыше 50 кгц применяют главным образом точечные полупроводниковые диоды, так как у них собственная емкость значительно меньше, чем у плоскостных диодов. Собственная емкость плоскостных полупроводниковых диодов составляет несколько десятков пикофарад. Точечные германиевые диоды имеют собственную емкость порядка 1,5—2 пф, а междуэлектродная емкость кремниевых точечных диодов составляет десятые доли пикофарады. Последнее обстоятельство позволяет использовать кремниевые диоды на более высоких частотах (до 500—600 Мгц), чем   германиевые.

Хорошая герметизация n — р-перехода, как правило, обеспечиваемая в полупроводниковых диодах, позволяет использовать их в условиях повышенной влажности.

Монтаж полупроводниковых диодов следует вести при помощи легкоплавкого припоя. В противном случае, вследствие перегрева, диод выйдет из строя. Пайку надо производить быстро, по возможности на большом расстоянии от корпуса прибора, а в качестве пинцета лучше использовать плоскогубцы с медными губками.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр