EL08s_w03: Diody półprzewodnikowe Złącza p-n i m-s Dioda półprzewodnikowa ( Zastosowania diod ) 1
Złącze p-n 2
Rozkład domieszek w złączu a) skokowy b) stopniowy 3
Rozkłady przestrzenne w złączu: a) bez zewnętrznego napięcia, b) spolaryzowanego zaporowo, c) spolaryzowanego w kierunku przewodzenia 4
Bariera potencjału (napięcie kontaktowe) Na Nd kt UD = ln 2 q ni Szerokość warstwy zaporowej [ 2 U D U 1 1 d= q Na Nd ] 1 2 5
Pojemność dyfuzyjna (złącza przewodzącego) CD = I UD τ czas życia nośników, I - prąd diody CD = 10pF.. 100 pf Pojemność złączowa (warstwy zaporowej) CT = K U D U m K stała materiałowa, U - napięcie zewnętrzne m - 0.3... 0.6 6
Wpływ koncentracji domieszek i temperatury na rozkład ładunku i potencjału 7
Poziomy energetyczne w złączu p-n 8
Złącze m-s a) złącze prostujące (Shottky'ego), b) kontakt omowy 9
Modele złącza pn Wykładnicze prawo złącza p-n U I = I R exp ١ UT k T ; UT = ٢٦mV q Rezystancja przyrostowa złącza p-n U U T k T ٢٦mV rjd = = I I e I I ; U > > UT Zależność napięcia od temperatury δu δt I = const ٢mV K 10
Struktury diod półprzewodnikowych 11
Diody - przekroje i charakterystyki 12
Typy diod Diody do urządzeń pracujących przy częstotliwości sieciowej niski spadek napięcia ==> relatywnie długi czas trr (do 100us) wielkie prądy i napięcia znamionowe (7kV, 5kA) Diody szybkie krótki czas trr, mniejszy zakres mocy (2.5kV, 1.5kA) Diody Shottky'ego (złącze metal półprzewodnik); bardzo mały spadek napięcia ( 0.3V); do zastosowań niskonapięciowych niskie napięcie wsteczne (50-100V) Diody specjalne (LED, fotodiody, pojemnościowe, lawinowe, stabilistory,...) El-w2 13
Symbol diody i charakterystyka wykładnicza 14
Mikroelektroniczny model diody: wykładnicze prawo złącza (na charakterystyce wykreślonej w zakresie setek woltów spadek napięcia przewodzenia staje się z trudem zauważalny) El-w2 15
Charakterystyki diody krzemowej na prąd 1A (linia ciągła) i germanowej na prąd 0.1A (linia przerywana) El-w2 16
Wpływ temperatury na charakterystykę diody El-w2 17
Rezystancja przyrostowa diody przewodzącej El-w2 18
Odcinkowo-liniowe modele diody El-w2 19
Półprzewodnikowe diody mocy (a) symbol (b)charakterystyka statyczna (c) charakterystyka idealizowana Wykorzystanie właściwości półprzewodnikowego złącza p-n Mały spadek napięcia przewodzenia 1V Prąd wsteczny bardzo mały (pomijalny) El-w2 20
Charakterystyka diody mocy, parametry El-w2 21
Odcinkowo - liniowe modele diody (najprostsze) a) dioda idealna b) dioda o stałym spadku napięcia przewodzenia ( w mikroelektronice VF0 0.6 V; w energoelektronice VF0 > 1V ) El-w2 22
Trzyodcinkowy liniowy model diody id rf= U/ I UBR UF0 vd model uwzględnia: - początkowe napięcie przewodzenia VF0 i stałą rezystancję przewodzenia rf - napięcie przebicia VBR i ew. rezystancję w zakresie przebicia lawinowego El-w2 23
Charakterystyki diod różnych typów 24
Właściwości dynamiczne diody (w obwodzie RE) 25
Załączanie i wyłączanie diody (w obwodzie RLE) Załączanie jest bardzo szybkie Wyłączanie nie jest natychmiastowe powstaje krótkotrwały prąd ujemny (straty, przepięcia) trr czas odzyskiwania zdolności zaworowych (reverse recovery time) Qrr ładunek przejściowy przy wyłączaniu IRM max. przejściowy prąd wsteczny El-w2 26
Przebiegi przy załączaniu i wyłączaniu diody El-w2 27
Diody prostownicze 28
Prostowniki jednofazowe 29
Rozkład ładunku dla diod różnych typów a) prostownicza b) lawinowa c) Zenera 30
Wpływ temperatury na charakterystyki diod: a) Zenera b) lawinowej 31
Diody stabilizacyjne (stabilistory) 32
Charakterystyki stabilistora i jego symbol 33
Stabilizator napięcia z diodą Zenera rz = U wy s= IZ U wy U we rz Ro rz + Ro r = Z rz Ro R R+ rz + Ro 34
Dioda tunelowa 35
Dioda elektroluminescencyjna LED 36
Fotodioda 37
Budowa magnetodiody 38
Diody pojemnościowe 39
Diody pojemnościowe 40
Pytania sprawdzające Wymień i scharakteryzuj materiały półprzewodnikowe Opisz proces uzyskiwania i oczyszczania monokryształu Co to jest złącze pn? Opisz jego działanie. Jakie modele stosuje się do opisu złącza pn? Co to są złącza MS i jakie są ich rodzaje? Wymień i opisz rodzaje diod półprzewodnikowych Jakie są cechy charakterystyczne diod prostowniczych? Jak działa dioda stabilizacyjna? Narysuj i objaśnij charakterystyki diod różnych typów Narysuj symbole diod różnych typów Narysuj schemat i objaśnij przebiegi napięć i prądów w jednofazowym prostowniku mostkowym, obciążonym obwodem: a) indukcyjnym, b) pojemnościowym Narysuj schemat i charakterystyki prostego stabilizatora napięcia z diodą Zenera 41