Diody półprzewodnikowe prostownicze detekcyjne impulsowe... Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Półprzewodniki rzeczywiste złącze p n Rzeczywiste złącze p-n: rozkład domieszek nie jest skokowy, istotny poziom nośników mniejszościowych, rezystancja szeregowa (obszary obojętne, doprowadzenia), rekombinacja w obszarze złącza generacja w obszarze złącza przebicie złącza...
Półprzewodniki rzeczywiste złącze p n Przebicie złącza p-n: Przy odpowiednio dużym napięciu wstecznym następuje lawinowy wzrost prądu. Odpowiedzialne za to może być: zjawisko Zenera powielanie lawinowe Przebicie może (ale nie musi) doprowadzić do zniszczenia złącza.
Półprzewodniki rzeczywiste złącze p n Rezystancja szeregowa W rzeczywistej diodzie uwzględnia się... rezystancję obszarów neutralnych, rezystancję styków metalu z półprzewodnikiem, rezystancję doprowadzeń. Charakterystyki statyczne diody będą miały postać: U I =Ir s U T ln I I S 1
Półprzewodniki rzeczywiste złącze p n
Diody prostownicze prostownik półokresowy Najprostszym zastosowaniem diody jest zamiana prądu zmiennego na stały (tak zwane prostowanie prądu). Diody przeznaczone do tego celu nazywa się diodami prostowniczymi. Prosty układ z jedną diodą nie jest zbyt doskonały...
Diody prostownicze prostownik półokresowy W celu poprawienia wyprostowanego napięcia stałego stosuje się różnorakie filtry. Najprostszym z nich jest kondensator o odpowiedniej pojemności. U max =U g 2 U F I F R s R g
Diody prostownicze prostownik pełnookresowy Prostownik pełnookresowy charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami i lepszą sprawnością. Może być zbudowany w oparciu o transformator posiadający dwa uzwojenia (potrzebne są dwa napięcia zmienne w przeciwnej fazie).
Diody prostownicze mostkowy prostownik pełnookresowy Wersja mostkowa prostownika pełnookresowego wymaga tylko jednego źródła napięcia zmiennego, natomiast zawiera cztery diody.
Diody prostownicze mostkowy prostownik pełnookresowy W prostowniku mostkowym prąd przepływa kolejno przez pary diod prostowniczych.
Diody prostownicze mostkowy prostownik pełnookresowy Wiele firm produkuje gotowe mostki prostownicze
Diody prostownicze chłodzenie Przy konstrukcji prostowników dużej mocy trzeba zadbać o właściwe odprowadzanie ciepła. Stosuje się w tym celu odpowiednie obudowy, radiatory, a nawet chłodzenie wodne.
Diody prostownicze Podwajacz napięcia Podwajacz napięcia umożliwia otrzymanie napięcia dwukrotnie większego niż zwykły układ prostownika. Jest to w zasadzie połączenie dwóch prostowników półokresowych.
Diody prostownicze Podwajacz napięcia Odpowiednio połączony układ diod i kondensatorów umożliwia tworzenie powielaczy napięcia o większej krotności...
Diody prostownicze Powielacz napięcia Zasada działania powielacza.
Diody prostownicze Podstawowe parametry Podstawowe parametry diod prostowniczych to: Maksymalne napięcie wsteczne (U RM ) Maksymalny prąd przewodzenia (I Fmax ) Maksymalny chwilowy prąd przewodzenia Napięcie przewodzenia (U F, przy określonym prądzie) Prąd wsteczny (I R, przy określonym napięciu) Czas wyłączania (t rr ) Maksymalna temperatura złącza (t jmax )
Diody detekcyjne (wysokiej częstotliwości) Diody detekcyjne pierwotnie służyły do prostowania prądów wielkiej częstotliwości w układach detektorów amplitudy. Obecnie uniwersalne diody przeznaczone do pracy z małymi sygnałami znajdują bardzo szerokie zastosowanie w rozmaitych układach elektronicznych.
Diody impulsowe Przy polaryzacji diody napięciem gwałtownie zmieniającym znak daje o sobie znać wada złącza p-n, polegająca na tym, że po przejściu ze stanu przewodzenia do zaporowego potrzebny jest określony czas na usunięcie nośników z obszaru złącza (ang. reverse recovery time, t rr )
Diody impulsowe Diody przeznaczone do pracy w układach impulsowych muszą charakteryzować się małym czasem włączania i wyłączenia. Zmniejszenie czasu t rr można osiągnąć na przykład poprzez: odpowiednią geometrię złącza (krótka droga nośników), wprowadzenie gradientu domieszek w obszarze złącza, wprowadzenie centrów rekombinacji (dodatkowych defektów), zastosowanie złącza metal półprzewodnik (o czym później)...
Diody wpływ temperatury na pracę diody Jako, że parametry materiałów półprzewodnikowych silnie zależą od temperatury, również parametry złącza p-n będą od niej silnie zależne. Prąd wsteczny będzie się zwiększał ze wzrostem temperatury gdyż rośnie z nią silnie koncentracja nośników samoistnych. Powoduje to: wzrost prądu wynikającego z generacji w obszarze złącza wzrost koncentracji nośników mniejszościowych (proporcjonalny do n i2 )
Diody kierunek przewodzenia dioda jako termometr... U i U,T =I S e T 1 dla kierunku przewodzenia w przybliżeniu U i U,T =I S e U U T Przy stałym prądzie płynącym przez diodę spadek napięcia na niej jest proporcjonalny do temperatury w skali bezwzględnej. przy ustalonym prądzie U T = kt q ln i I S
Bibliografia Witold J. Stepowicz, Elementy półprzewodnikowe i układy scalone, Wydawnictwo PG, Gdańsk 1995. Michał Polowczyk, Eugeniusz Klugmann, Przyrządy półprzewodnikowe, Wydawnictwo PG, Gdańsk 2001. Ben G. Streetman, Przyrządy półprzewodnikowe. Podstawy fizyczne..., WNT Dodatkowe źródła ilustracji wykorzystanych w prezentacji: http://commons.wikimedia.org/ http://www.ixys.com/