По функциональному назначению различают полупроводниковые диоды выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, светоизлучающие диоды и т.д.
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный и используют свойство p - n -перехода хорошо проводить электрический ток в одном направлении и плохо – в противоположном. Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами диода называются прямым и обратным токами, прямым и обратным напряжениями. На рисунке приведены условное обозначение выпрямительного диода и его типовая вольт-амперная характеристика.
Прямые ток и напряжение при положительных значениях направлены от анодного к катодному выводу. Заметим, что, хотя для выбранных положительных направлений тока и напряжения диодов прямые и обратные величины имеют разные знаки, принято в обоих случаях их численные значения определять положительными числами.
Различают низко- и высокочастотные выпрямительные диоды. Первые применяются в преобразовательных устройствах энергетической электроники промышленной частоты (до 100 Гц), вторые – для преобразования радиосигналов (до 100 МГц).
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
- постоянный прямой ток I пр при постоянном прямом напряжении U np;
- постоянный обратный ток I обр при постоянном обратном напряжении U обр;
- максимально допустимое постоянное обратное напряжение U обр max;
- максимально допустимый средний прямой ток I пр ср max.
В качестве дополнительных употребляются параметры:
- постоянное пороговое напряжение проводимости U пор;
- постоянное напряжение разрушающего электрического пробоя U проб;
- максимально допустимая температура окружающей среды T mах (для германиевых до 70 °С, кремниевых до 150°С, титановых до 250 °С) и др.
Кроме одиночных диодов выпускаются их сборки, представляющие собой конструктивно законченные модули с различным числом полупроводниковых диодов, соединенных по определенным схемам. Среди сборок различают: диодные матрицы (рис. а – е) на прямой ток до 0,1 А при обратном напряжении до 50 В, выпрямительные блоки для однофазных (рис. ж) и трехфазных выпрямителей на прямой ток до 3 А при обратном напряжении до 600 В и высоковольтные столбы (рис. з) из последовательно соединенных диодов для работы в высоковольтных выпрямителях на прямой ток до 1 А при обратном напряжении до 15 кВ.
Импульсные диоды предназначены для преимущественной работы в импульсных устройствах. Их свойства определяют параметры, учитывающие инерционность переключения диода: емкость перехода С д (1–20 пФ), интервал времени восстановления обратного сопротивления D t вос(1–500 нс) и др.
Стабилитроны, или опорные диоды, предназначены для стабилизации постоянного напряжения и ограничения выбросов напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя (лавинного пробоя) p - n -перехода при некоторых значениях обратного напряжения U o6p= U npoб.
Стабилитроны малой мощности с максимально допустимой мощностью потерь Р пот max = 0,1–0,3 Вт используются в качестве источников опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения средней (0,3–0,5 Вт) и большой (свыше 8 Вт) мощности – в параметрических стабилизаторах напряжения и для ограничения выбросов напряжения.
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем различие энергетических состояний электронов в кристалле и в изолированном атоме?
2. Какие зоны называются разрешенными, а какие – запрещенными?
3. В чем состоит отличие металлов от диэлектриков согласно зонной теории?
4. Какие вещества называются полупроводниками? Как объясняются их электрические свойства зонной теорией?
5. Как влияют примеси на электропроводность полупроводников? Объясните, как возникают дырочная и электронная примесные проводимости полупроводников.
6. С помощью зонной теории поясните особые свойства контактов двух металлов и металла с полупроводником.
7. Как объяснить выпрямляющее действие полупроводникового диода?
8. В чем состоят преимущества полупроводниковых термоэлементов перед металлическими?
Калашников
Матвеев
Детлаф т.2
Савельев т.2
Китаев
Немцов
1. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 2. Электричество. М., 1970 г.
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Курс физики, т. 2. Электричество и магнетизм. М., 1977 г.