Полупроводниковые диоды. Часть 1

Рекомендуется предварительное прочтение статьи Электронно-дырочный переход

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, состоящий из двух взаимодействующих p- и n-областей с двумя выводами.

Одну из областей полупроводникового диода выполняют высоколегированной (эмиттер), а другую - слаболегированной (база).

Так как база менее легирована, то p-n-переход располагается в ней.

Структура полупроводникового диода и его условно-графическое обозначение

Выводы диода можно называть согласно выводам электронных ламп - анод и катод (аноду соответствует сильнолегированная область) или по названию областей диода - эмиттером и базой.

По назначению и свойствам различают несколько видов:

1. Выпрямительный диод, 2. Стабилитрон, 3. Варикап, 4. Туннельный диод, 5. Диод Шоттки, 6. Светодиод, 7. Фотодиод, 8. Диодный мост

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления низкочастотного переменного сигнала и обычно используются в источниках питания.

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода

ВАХ диода (вольт-амперная характеристика) представляет собой два принципиально разных участка:

• Участок прямого смещения. При приложении к диоду положительного напряжения, ток протекающий через него изменяется экспоненциально и называется прямым током диода Iпр.

• Участок обратного смещения. При приложении к диоду напряжения обратной полярности, через него будет протекать малый ток - обратный ток термогенерации Iобр.0, но при достижении определённого значения приложенного обратного напряжения, возникает пробой p-n-перехода, вследствие чего при малых изменениях напряжения смещения, обратный ток будет быстро изменяться.

В процессе выпрямления используется свойство односторонней проводимости диода: при прямом включении диода - при действии положительной полуволны сигнала к диоду приложено положительное напряжение и, следовательно, сигнал проходит через диод; при действии отрицательной полуволны - к диоду будет приложено отрицательное напряжение, вследствие чего диод ток пропускать не будет.

Действие выпрямительного диода в схеме однополупериодного выпрямителя

Эта схема называется схемой однополупериодного выпрямителя.

С помощью выпрямительных диодов также можно составить схему двухполупериодного выпрямителя - схема основана на использовании диодного моста:

Действие диодного моста в схеме двухполупериодного выпрямителя

При положительной полуволне входного сигнала ток потечёт через диод VD1, резистор Rн и диод VD3; при отрицательной полуволне - через диод VD2, резистор Rн и диод VD4, причём сигнал оказывается инвертирован. Вследствие чего обе полуволны выходного сигнала будут положительными.

Для получения более плавного выходного сигнала в схемах выпрямителей может использоваться сглаживающий фильтр, например, конденсатор большой ёмкости, который будет сглаживать пульсации сигнала после выпрямления.

Основные параметры выпрямительного диода

• Среднее прямое напряжение Uпр.ср. - значение напряжения на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока;
• Средний обратный ток Iобр.ср. - значение тока при максимально возможном обратном напряжении питания;
• Максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max - наибольшее обратное напряжение, при котором диод может долго сохранять стабильное состояние;
• Максимально допустимы выпрямленный ток Iвп.ср. - средний ток через диод, при котором сохраняется его стабильная работа;
• Максимальная частота fmax - наибольшая частота входного сигнала, при которой диод способен эффективно выпрямлять сигнал;
• Средняя рассеиваемая мощность диода Pср. - мощность, рассеиваемая диодом при протекании тока в обоих направлениях.

В следующей статье будут рассмотрены другие разновидности полупроводниковых диодов.