Лачин Электроника. Электроника рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия ля студентов высших технических учебных заведений РостовнаДону Феникс 2001 Рецензенты

• Название: Электроника рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия ля студентов высших технических учебных заведений РостовнаДону Феникс 2001 Рецензенты
• Анкор: Лачин Электроника.doc
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 7.57 Mb.
• Имя файла: Лачин Электроника.doc
• Тип: Учебное пособие; #535
• страница: 2 из 17

1.1.6. Разновидности

полупроводниковых диодов

Стабилитрон. Это полупроводниковый диод, сконст­руированный для работы в режиме электрического про­боя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 1.44, а.




В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно. Го­ворят, что стабилитрон стабилизирует напряжение. Изоб­разим для примера вольт-амперные характеристики крем­ниевого стабилитрона Д814Д (рис. 1.45).



В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удель­ного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоко­вольтных) — лавинный пробой.

Основными являются следующие параметры стабили­трона:

U_cm — напряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя);

1_ст.мии— минимально допустимый ток стабилизации;

/_{ст.макс.} — максимально допустимый ток стабилизации;

r_т — дифференциальное сопротивление стабилитрона (на участке пробоя), r_ш — du/di;

α_ист (ТКН) — температурный коэффициент напряже­ния стабилизации.

Величины U_m, 1_ст.миии 1_{ст.такс}принято указывать как по­ложительные.

Не рекомендуется использовать стабилитрон при об­ратном токе, меньшем по модулю, чем 1_ст.миитак как ста­билизация напряжения при этом будет неудовлетвори­тельной (дифференциальное сопротивление будет чрезмерно большим). Если же обратный ток по модулю превысит 1_{ст.такс}, то стабилитрон может перегреться, нач­нется тепловой пробой и прибор выйдет из строя. Чем меньше величина г_ст, тем лучше стабилизация напряже­ния.

По определению а_ист — это отношение относительно-го изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоян­ном токе стабилизации.

Пусть при температуре t₁напряжение стабилизации было равно и_ст1Тогда при температуре t₂напряжение ста­билизации и_ст2можно в соответствии с определением а_ист вычислить по формуле



У стабилитронов с туннельным пробоем коэффициент а_истотрицателен: а_ист< 0. У стабилитронов с лавинным пробоем коэффициент а_ист положителен: a_Ucm > 0.

Иногда стабилитрон с лавинным пробоем включают последовательно с диодом, работающим в прямом направ­лении. У диода соответствующий температурный коэффи­циент отрицательный, и он компенсирует положительный коэффициент стабилитрона.

Для стабилитрона Д814Д (при t = 25 ° С)

1_ст.тин = 3 мА, 1_{ст.такс}= 24 мА, r_т— не более 18 Ом,

a_Uст- не более 0,00095 1/° С.

Для примера применения стабилитрона обратимся к схеме так называемого параметрического стабилизатора напряжения (рис. 1.46). Легко заметить, что если напря­жение u_вх настолько велико, что стабилитрон находится в режиме пробоя, то изменения этого напряжения практи­чески не вызывают изменения напряжения и_вых(при из­менении напряжения u_вхизменяется только ток i, а также напряжение u_R : u_R= iR).

Рис. 1.46

В режиме пробоя отсутствует инжекция неосновных носителей, и поэтому нет накопления избыточных зарядов. Вследствие этого стабилитрон является быстродействую­щим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Стабистор. Это полупроводниковый диод, напряже­ние на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участ­ке почти вертикальная). Стабистор предназначен для ста­билизации малых напряжений.

Диод Шоттки. В диоде Шоттки используется не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металл-полупро­водник. Условное графическое обозначение диода Шоттки представлено на рис. 1.44, б.

Обратимся к соответствующей зонной диаграмме (рис. 1.47), которую полезно сравнить с зонной диаграммой для невыпрямляющего контакта. Для выпрямляющего контак­та металл-полупроводник n-типа характерно то, что кон­тактная разность потенциалов φ_мл = φ_м —φ_л положитель­на: φ_мл > 0.

Энергетические уровни, соответствующие зоне прово­димости, в полупроводнике заполнены больше, чем в ме­талле. Поэтому после соединения металла и полупровод­ника часть электронов перейдет из полупроводника в металл. Это приведет к уменьшению концентрации элек­тронов в полупроводнике и-типа. Возникнет область по­лупроводника, обедненная свободными носителями электричества и обладающая повышенным удельным сопротивлением. В области перехода появятся объемные заряды и образуется потенциальный барьер, препятству­ющий дальнейшему переходу электронов из полупровод­ника в металл.

Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n-типа,


то потенциальный барьер понизится и через переход нач­нет протекать прямой ток. При противоположном под­ключении потенциальный барьер увеличивается и ток оказывается очень малым.

При работе диода Шоттки отсутствуют инжекция не­основных носителей и соответствующие явления накоп­ления и рассасывания, поэтому диоды Шоттки — очень быстродействующие приборы, они могут работать на ча­стотах до десятков гигагерц (1ГГц=1 • 10⁹ Гц). У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) — около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых приборов. Максимально допу­стимый прямой ток может составлять десятки и сотни ампер, а максимально допустимое напряжение — сотни вольт.

Для примера изобразим прямые ветви вольт-амперных характеристик (рис. 1.48) кремниевого диода КД923А с барьером Шоттки (диода Шоттки), предназначенного для работы в импульсных устройствах. Для него1_{пр.такс}=100 мА, U_{обр.макс} =14В (при t < 35°C), время жизни носителей заря­да — не более 0,1 не, постоянный обратный ток при U_обр=10 В и t = 25°С — не более 5 мкА.

Варикап. Это полупроводниковый диод, предназначен­ный для работы в качестве конденсатора, емкость которо­го управляется напряжением. Условное графическое обо­значение варикапа представлено на рис. 1.44, в.

На варикап подают обратное напряжение. Барьерная емкость варикапа уменьшается при увеличении (по моду­лю) обратного напряжения. Характер изменения емкости у варикапа такой же, как и у обычного диода.

Туннельный диод. Это полупроводниковый диод, в ко­тором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особен­ностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрица­тельным дифференциальным сопротивлением. Условное графическое обозначение туннельного диода представле­но на рис. 1.44, г.

Для примера изобразим (рис. 1.49) прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного уси­лительного диода 1И104А (/_прмакс=1мА — постоянный прямой ток, U_{обр.макс}=20 мВ), предназначенного для усиле­ния в диапазоне волн 2... 10 см (это соответствует частоте более 1ГГц).




Общая емкость диода в точке минимума характеристи­ки составляет 0,8...1,9 пФ. Полезно отметить, что проверка диода тестером не допускается. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах — более 1 ГГц.

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обес­печивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основно­го элемента генераторов.

В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Обращенный диод. Это полупроводниковый диод, фи­зические явления в котором подобны физическим явле­ниям в туннельном диоде, поэтому зачастую обращенный диод рассматривают как вариант туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопро­тивлением на вольт-амперной характеристике обращенно­го диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики обра­щенного диода (отличающаяся очень малым падением напряжения) используется в качестве прямой ветви «обыч­ного» диода, а прямая ветвь — в качестве обратной ветви. Отсюда и название — обращенный диод.

Условное графическое обозначение обращенного дио­да представлено на рис. 1.44, д.

Изобразим для примера вольт-амперные характеристи­ки германиевого обращенного диода 1И104А (рис. 1.50), предназначенного, кроме прочего, для работы в импульс­ных устройствах (постоянный прямой ток — не более 0,3 мА, постоянный обратный ток — не более 4 мА (при t < 35°С), общая емкость в точке минимума вольт-ампер­ной характеристики 1,2 ... 1,5 пФ).

1.1.7. Классификация и система обозначений

Классификация современных полупроводниковых дио­дов (ЦЦ) по их назначению, физическим свойствам, основ­ным электрическим параметрам, конструктивно-техноло­гическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозна­чений диодов и приведена в [3].

Система обозначений ПД установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919-81, а силовых полупроводни­ковых приборов — ГОСТ 20859.1-89. В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исход­ный полупроводниковый материал, второй (буква) — под­класс приборов, третий (цифра) — основные функцио­нальные возможности прибора, четвертый — число, обозначающее порядковый номер разработки, пятый эле­мент — буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии.

Для обозначения исходного полупроводникового матери­ала используются следующие символы:

Г, или 1, — германий или его соединения;

К, или 2, — кремний или его соединения;

А, или 3, — соединения галлия;

И, или 4, — соединения индия.

Для обозначения подклассов диодов используется одна из следующих букв:

Д — диоды выпрямительные и импульсные;

Ц — выпрямительные столбы и блоки;

В — варикапы;

И — туннельные диоды;

А — сверхвысокочастотные диоды;

С — стабилитроны;

Г — генераторы шума;

Л — излучающие оптоэлектронные приборы;

О — оптопары.

Для обозначения наиболее характерных эксплуатаци­онных признаков приборов (их функциональных возмож­ностей) используются следующие цифры.

Диоды (подкласс Д):

1 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;

2 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока более 0,3 А, но не свы­ше 10 А;

4 — импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления более 500 нс;

5 — импульсные диоды с временем восстановления более 150 нс, но не свыше 500 нс;

6 — импульсные диоды с временем восстановления 30... 150 нс;

7 — импульсные диоды с временем восстановления 5...30 нс;

8 — импульсные диоды с временем восстановления 1...5нс;

9 — импульсные диоды с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1 не. Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц):

1 — столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;

2 — столбы с постоянным или средним значением прямого тока 0,3...10 А;

3 — блоки с постоянным или средним значением тока не более 0,3 А;

4 — блоки с постоянным или средним значением пря-

мого тока 0,3... 10 А. Варикапы (подкласс В): 1 — подстроечные варикапы; 2— умножительные варикапы. Туннельные диоды (подкласс И):

1. 
   — усилительные туннельные диоды;
   
2. 
   — генераторные туннельные диоды;
   
3. 
   — переключательные туннельные диоды;
   
4. 
   — обращенные диоды.
   Сверхвысокочастотные диоды (подкласс А):
   

1. 
   — смесительные диоды;
   
2. 
   — детекторные диоды;
   
3. 
   — усилительные диоды;
   
4. 
   — параметрические диоды;
   
5. 
   — переключательные и ограничительные диоды;
   
6. 
   — умножительные и настроечные диоды;
   
7. 
   — генераторные диоды;
   
8. 
   — импульсные диоды.
   Стабилитроны (подкласс С):
   

1 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

2 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10...100 В;

3 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В,

4 — стабилитроны мощностью 0,3...5 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

5 — стабилитроны мощностью 0,3...5 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10...100 В;

6 — стабилитроны мощностью 0,3...5 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В;

7 — стабилитроны мощностью 5... 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

8 — стабилитроны мощностью 5... 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10... 100 В;

9 — стабилитроны мощностью 5... 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В. Генераторы шума (подкласс Г):

1. 
   — низкочастотные генераторы шума;
   
2. 
   — высокочастотные генераторы шума.
   

Для обозначения порядкового номера разработки ис­пользуется двухзначное число от 01 до 99. Если порядко­вый номер разработки превышает число 99, то в дальней­шем применяется трехзначное число от 101 до 999.

В качестве квалификационной литеры используются буквы русского алфавита (за исключением букв 3, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Ю, Я, Ь, Ъ, Э).

В качестве дополнительных элементов обозначения применяются следующие символы:

цифры 1...9 — для обозначения модификаций прибора, приводящих к изменению его конструкции или электрических параметров;

буква С — для обозначения сборок — наборов в общем корпусе однотипных приборов, не соединенных электрически или соединенных одноименными вы­водами;

цифры, написанные через дефис, — для обозначения сле­дующих модификаций конструктивного исполне­ния бескорпусных приборов:

1— с гибкими выводами без кристаллодержателя;

2— с гибкими выводами на кристаллодержателе (подложке);

3-сжесткими выводами без кристаллодержателя (подложки);

4 — с жесткими выводами на кристаллодержателе (подложке);

5 — с контактными площадками без кристаллодержателя (подложки) и без выводов;

6 — с контактными площадками на кристаллодержателе без выводов, буква Р после последнего элемента обозначения — для приборов с парным подбором, буква Г — с подбором в четверки, буква К — с под­бором в шестерки.

Примеры обозначения приборов:

2Д204В — кремниевый выпрямительный диод с посто­янным и средним значением тока 0,3...10 А, номер разработки 04, группа В.



КС620А — кремниевый стабилитрон мощностью 0,5...5 Вт, с номинальным напряжением стабилиза­ции более 100 В, номер разработки 20, группа А.

ЗИ309Ж— арсенидогаллиевый переключательный тун­нельный диод, номер разработки 09, группа Ж.

До введения в 1982 г. ОСТ 11336.919-81 применялась иная система условных обозначений. Она включала в себя два или три элемента (ГОСТ 5461 — 59).

Первый элемент — буква Д, характеризующая весь класс полупроводниковых диодов.

Второй элемент — число (номер), определяющее об­ласть применения:

1...100 — для точечных германиевых диодов;

101...200 — для точечных кремниевых диодов;

201...300 — для плоскостных кремниевых диодов;

301...400 — для плоскостных германиевых диодов;

401...500 — для смесительных СВЧ детекторов;

501...600 — для умножительных диодов;

601.„700 — для видеодетекторов;

701...749 — для параметрических германиевых диодов;

750...800 — для параметрических кремниевых диодов.