6.3.2.Напівпровідникові діоди, їх будова, характеристики

Напівпровідниковим діодом називається електроперетворювальний прилад з одним p-n переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різних типів (рис. 6.10,а, де U_З – запірна різниця потенціалів, утворена подвійним шаром іонів на p-n переході).

С хематичне позначення діода наведено на рис. 6.10, б. Прямий струм в напівпровідниковому діоді напрямлений від одного виводу до другого, які

відповідно називаються анодними і катодними виводами.

Так як властивості, електричні характеристики та параметри будь-якого напівпровідникового діода визначаються p-n переходом, то вольт-амперною характеристикою діода є вольт-амперна характеристика p-n переходу (рис. 6.11).

Основними параметрами напівпровідникового діода є припустимий прямий струм І_пр і відповідна йому пряма напруга U_пр, а також припустима з воротна напруга U_зв. Пряма напруга U_пр складає долі одиниць вольт, а величина І_пр може досягати десятків і сотень Ампер. Припустима зворотна напруга на 2-3 порядки більше за пряму напругу. Тобто U_пр набагато менша від U_зв. Умовою відкритого стану діода є U_АК ≥ U_З . У відкритому стані (пряма гілка вольт-амперної характеристики) струм через діод утворений основними носіями заряду. В закритому стані, коли до діода прикладена зворотна напруга, по ньому однак протікає струм, який утворюється неосновними носіями зарядів, для яких не існує потенціального бар’єру (зворотна гілка вольт-амперної характеристики).

Напівпровідникові діоди широко використовуються для розв’язання широкого кола задач промислової електроніки. Малі маси та габарити, високий опір зворотному і малий опір прямому струмам, висока швидкодія дають змогу використовувати їх практично в будь-яких виробах сучасної електроніки. За призначенням напівпровідникові діоди поділяються на випрямляючі, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опорні (стабілітрони), перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди тощо.

6.3.3.Стабілітрон

Стабілітрон - діод, який застосовується для стабілізації напруги в електричних колах. В стабілітронах для стабілізації напруги використовується явище неруйнівного електричного пробою p-n переходу під час увімкнення діода у зворотному напрямку.

Схематичне позначення стабілітрона та його вольт-амперна характеристика наведені на рис. 6.12,а,б. Якщо зворотна напруга такого діода перевищує U_прб, відбувається лавинний пробій p-n - переходу. При цьому спостерігається помітне зростання зворотного струму від І_{min ст} до І_{max ст.} при майже незмінному значенні зворотної напруги. Якщо зворотний струм через стабілітрон не перевищує припустимого значення І_{max ст} , то електричний п робій не приводить до руйнування діода протягом як завгодно тривалого часу його роботи.

Це явище і використане в стабілітронах, які вмикають в схеми стабілізації джерел постійної напруги (рис. 6.12,в), коли напруга джерела нестабільна, а опір навантаження R_н в більшості випадків постійний. На рисунку 6.12,в R_обм – обмежувальний опір для забезпечення необхідного значення стабілізованої напруги на навантаженні R_н. Якщо напруга на затискачах джерела U_вх коливається від U_min до U_max, то для визначення величини обмежувального опору знаходять середнє значення напруги джерела U_{вх ср} і середнє значення струму через стабілітрон (рис. 6.12,б):

,

.

Величину обмежувального опору обирають, виходячи з законів Кірхгофа: за першим законом Кірхгофа І=І_ср+І_н, за другим законом Кірхгофа

, де U_cт – напруга стабілізації, що відповідає середній точці “С” на вольт-амперній характеристиці (рис. 6.12,б). Звідси маємо:

.