Презентация "Основы электроники. Полупроводниковые диоды."

Слайд #1

Полупроводниковые диоды

Слайд #2

По конструктивно-технологическому принципу диоды разделяют на точечные и плоскостные.

Точечные диоды рассчитаны на токи до нескольких миллиампер, а плоскостные — до нескольких ампер.
Общие сведения о полупроводниковых диодах

Слайд #3

Точечные диоды изготовляют в виде тонкой пластинки из полупроводника с электронной проводимостью.
Сверху в пластину упирается контактная пружина из вольфрамовой проволоки, заострённый конец которой покрыт слоем алюминия или индия. Этот слой — акцепторная примесь — обеспечивает создание около заострённого конца полупроводника области с дырочной проводимостью. Для защиты перехода от внешних воздействий его помещают в стеклянный или металлический герметический корпус 1. Точечные диоды благодаря небольшой площади p-n перехода и незначительной ёмкости применяют в высокочастотных диодах.
Общие сведения о полупроводниковых диодах

Слайд #4

Плоскостные диоды выполняют в виде пластинки, закреплённой на держателе. В эту пластинку сплавлением или диффузией внедряют атомы индия или германия, или алюминия для кремния, образуя n-переход. Верхний контакт представляет собой массивную деталь, способную пропускать значительные токи и рассеивать тепло. Всё это помещают в герметизированный корпус с выводом, изолированным стеклянным изолятором.
Общие сведения о полупроводниковых диодах

Слайд #5

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Выпрямительные диоды — предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты. В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие токи.
Исходный материал для выпрямительных диодов широкого диапазона мощностей — кремний.

Слайд #6

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Высокочастотные диоды — предназначены для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот, а также для других нелинейных преобразований. В качестве высокочастотных (универсальных) диодов применяют диоды точечной конструкции.

Слайд #7

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Импульсные диоды — применяются в схемах генерирования и усиления импульсов микросекундного и наносекундного диапазонов — изготавливаются на основе германия или кремния в виде плоскостной или точечной конструкции.

Слайд #8

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Туннельные диоды — применяют в качестве усилителей или генераторов высокочастотных колебаний, в разнообразных импульсных схемах в качестве переключателей. Выполняют диоды из кремния, германия или арсенида галлия плоскостного типа.

Слайд #9

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Диоды с барьером Шотки — выполняют на основе структуры металл-полупроводник. Применяют для генерирования электрических колебаний, преобразования амплитуды и частоты, а также световой энергии в электрическую. Такие диоды технологичны в изготовлении и обладают высоким быстродействием.

Слайд #10

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Светодиоды — используют в качестве световой индикации наличия тока; в зависимости от выбранного материала или ширины запрещённой зоны имеют разные цвета свечения (жёлтый, красный, зелёный).

Слайд #11

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Стабилитроны и стабисторы — предназначены для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через него тока. Рабочий участок стабилитронов — обратная часть вольт-амперной характеристики; у стабисторов — прямой участок характеристики.

Слайд #12

Общие сведения о полупроводниковых диодах
Варикапы — полупроводниковые диоды, ёмкость которых можно изменять в широких пределах. Конструктивно их выполняют плоскостного типа на основании кремния, германия или арсенида галлия.

Слайд #13

Выпрямительные диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
Выпрямительный полупроводниковый диод представляет собой прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. Вывод, к которому течёт ток из внешней электрической цепи при прямом включении диода (вывод из зоны типа p), называют анодным; вывод, от которого прямой ток направляется во внешнюю цепь (вывод из зоны типа n), именуют катодом.

Слайд #14

Выпрямительные диоды
Вольт-амперная характеристика диода

Слайд #15

Выпрямительные диоды
Диод характеризуется следующими параметрами:

— крутизна вольт-амперной характеристики



— внутреннее сопротивление диода переменному току



— внутреннее сопротивление диода постоянному току



— коэффициент выпрямления

Слайд #16

Выпрямительные диоды
В полупроводниковых диодах следует различать сопротивление диода в прямом направлении R0 пр, которое относительно мало, и сопротивление диода в обратном направлении R0 обр, которое относительно велико, но не равно бесконечности.

Слайд #17

Силовой диод
Силовые диоды выполняют из монокристалла кремния. Для получения p-n перехода используют сплавной или диффузионный метод. Для обеспечения надёжного отвода тепла от p-n перехода используют охладительные радиаторы. Наибольшая температура, при которой работают кремниевые диоды, до 140 °С и определяется условиями надёжности спаянных соединений.

Слайд #18

Силовой диод
Вольт-амперная характеристика силового диода

Слайд #19

Схемы включения диодов
Если амплитуда Uвхm превышает Uобрmax, то несколько диодов соединяют последовательно. Число последовательно соединяемых диодов




где Kз — коэффициент запаса, обычно Kз = 1,2 – 1,4.

Слайд #20

Схемы включения диодов
Если ток нагрузки превышает обратный ток диода, диоды соединяют параллельно.

Слайд #21

Опорные диоды
Опорные диоды применяются для поддержания постоянного напряжения (стабилизации напряжения) в схемах, где выпрямленное напряжение может изменяться. Эти диоды получили название стабилитронов.

Слайд #22

Опорные диоды
Схема стабилизации напряжения. Резистор Rб балластное сопротивление. На него сбрасывается избыток напряжения.

Слайд #23

Опорные диоды

Слайд #24

Варикапы
Варикапы — это полупроводниковые диоды, действие которых основано на использовании зависимости ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикап предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой ёмкостью. Варикапы называют также параметрическими диодами.

Слайд #25

Варикапы

Слайд #26

Варикапы
Варикапы включают в обратном направлении (рис. а), т.к. при прямом смещении ёмкость p-n перехода шунтируется его малым сопротивлением. Последовательно с варикапом включают высокоомный резистор R, уменьшающий шунтирование ёмкости варикапа внутренним сопротивлением источника питания.
Вольт-фарадная характеристика варикапа представлена на (рис. б). Один из основных параметров варикапа — общая ёмкость варикапа Св, включающая барьерную ёмкость и ёмкость корпуса, т.е. ёмкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении.

Слайд #27

Туннельные диоды
Для изготовления туннельных диодов применяют полупроводниковый материал (германий, арсенид галлия) с большой концентрацией примесей (до 10 19 примесных атомов в 1 куб.см; в полупроводниках обычных диодов концентрация примесей не превышает 10 15 в 1 куб.см). Полупроводники с таким большим содержанием примесей превращаются в полуметаллы и называются вырожденными; они обладают в большей степени свойствами полупроводников. Электроны в вырожденных полупроводниках ведут себя, как в металлах.

Слайд #28

Туннельные диоды
Туннельный эффект заключается в туннельном прохождении тока через p-n переход. При этом ток начинает проходить через p-n переход при напряжении, значительно меньшем контактной разности потенциалов. Достигается туннельный эффект созданием очень тонкого обеднённого слоя, который в туннельном диоде достигает 0,01 мкм.

Слайд #29

Туннельные диоды