Diody półprzewodnikowe WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA Temat i plan wykładu Jakub Dawidziuk Diody półprzewodnikowe Polaryzacja diod w kierunku przewodzenia i zaporowym Charakterystyki prądowo-napięciowe Model diody Parametry techniczne diod ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKIA – Jakub Dawidziuk niedziela, 26 marca 2017 1

Polaryzacja w kierunku przewodzenia i zaporowym oraz prądy w złączu

Symbole graficzne

Polaryzacja diody

Polaryzacja w kierunku przewodzenia

Polaryzacja w kierunku zaporowym

Charakterystyka-właściwości UD ID (mA) (nA) UBR ~U IS UD = napięcie polaryzacji ID = prąd diody IS = prąd nasycenia UBR = napięcie wsteczne (przebicia) U = napięcie bariery potencjału

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zakres zaporowy Zakres przewodzenia

Charakterystyki diody germanowej i krzemowej

Model diody

Model diody idealnej z barierą potencjału Model obwodowy diody Model diody idealnej z barierą potencjału Napięcie bariery potencjału jest to napięcie na diodzie, przy którym zaczyna płynąć prąd przez diodę. + V Przykład: V = 0.3 V (typowe dla diody germanowej). Określić wartość ID jeżeli VA = 5 V (napięcie zasilające). VA ID RS = 50  + _ V 0 = VA – IDRS - V ID = VA - V = 4.7 V = 94 mA RS 50 

Dioda w obwodzie prądu przemiennego

Rodzaje diod półprzewodnikowych

Parametry diod małej mocy Typowe dane dla diody germanowej i krzemowej wynoszą: - dioda krzemowa IS=10 pA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA, - dioda germanowa IS=100 nA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA. Z charakterystyki można odczytać wartości napięcia przewodzenia UF dla prądu przewodzenia IF=0,1·IFmax. Dla diody germanowej napięcie przewodzenia jest równe 0,4V, a dla diody krzemowej 0,7V.

Parametry diod prostowniczych

Obudowy diod i mostków

Elementy półprzewodnikowe

Diody Zenera. Stabilizatory parametryczne. Stabilizatory parametryczne stosowane są zazwyczaj tylko przy małych mocach wyjściowych i niezbyt wygórowanych wymaganiach jakościowych. Charakteryzują się one małą sprawnością , a ich współczynniki stabilizacji mają umiarkowaną wartość przy zmianach obciążenia i napięcia wejściowego. Wartość napięcia stabilizowanego jak i prądu wyjściowego zależą głównie od parametrów elementu nieliniowego. Jest to istotna wada tego typu układów ponieważ w przypadku konieczności zmiany tych wielkości, konieczna jest wymiana elementu nieliniowego (diody Zenera).

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera

Diody stabilizacyjne

Charakterystyki diod Zenera

Rezystancja różniczkowa

Schematy zastępcze

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera Minimalne rezystancje rZ występują dla diod Zenera o napięciu UZ około 7 V, a minimalne współczynniki temperaturowe dla diod onapięciu Zenera z przedziału UZ = (5-6)V. Zależność rezystancji dynamicznej diody od napięcia stabilizacji.

Najprostszym stabilizatorem napięcia jest układ z wykorzystaniem diody Zenera. Takie i podobne układy nazywane są również stabilizatorami parametrycznymi. Zmiany napięcia wejściowego ΔUwe pociągają za sobą zmiany prądu diody ΔID, to jednak nie pociąga za sobą dużych zmian napięcia wyjściowego ΔUwy. Można przyjąć, że pozostaje ono stałe i równe napięciu Zenera UZ.

Stabilizator z diodą Zenera

Wartości katalogowe Pzmax = Izmax Uz UZ - napięcie Zenera rz - rezystancja różniczkowa (Zenera) Izmax - prąd maksymalny Pzmax – maksymalna moc rozproszenia Pzmax = Izmax Uz

Stabilizator z diodą Zenera zasilany z sieci

Dioda Zenera jako ogranicznik napięcia

Obudowy diod Zenera metalowe

Złącze metal-półprzewodnik Złacze metal - półprzewodnik Charakterystyka pradowo - napieciowa złacza metal – półprzewodnik może byc: a) liniowa i symetryczna (złacze omowe) kontakty i doprowadzenia przyrzadów pp mała rezystancja b) nieliniowa i niesymetryczna (złacze prostujace) dioda Schottky’ego Rodzaj złacza zaley od: - różnicy prac wyjscia elektronu z metalu i półprzewodnika - stanów powierzchniowych półprzewodnika

Złącze metal-półprzewodnik

Charakterystyki diod Schottky’ego i diody pn w kierunku przewodzenia

Złącze metal-półprzewodnik dioda Schottky’ego Po „zetknięciu metalu i półprzewodnika” układ dąży do równowagi termodynamicznej poprzez przegrupowanie e-. Ponieważ Wme > Wpp , to wiecej e- będzie przepływać z pp do me niż odwrotnie. po stronie me pojawia się cienka warstwa ładunku ujemnego, a po stronie pp znacznie szersza warstwa ładunku dodatniego, dipolowa warstwa ładunku przestrzennego bariera potencjału jest równa różnicy potencjałów wyjścia elektronów (Vme – Vpp) złacze prostujace => dioda Schottky’ego A K

Złącze metal-półprzewodnik Kierunek przewodzenia: „plus” do metalu, „minus” do pp typu n obniża się bariera potencjału i elektrony płyną z pp do me elektrony, które przeszły z pp do me w pierwszej chwili obsadzają poziomy położone wysoko nad poziomem Fermiego i dlatego nazywane są „gorącymi elektronami”; „gorące elektrony” bardzo szybko (~10-13 ps) oddają swoją energię i stają się częścią swobodnych elektronów w metalu „gorące elektrony” nie wykazują cech nośników mniejszościowych (tak jak to było w złączu p-n) nie następuje gromadzenie nośników mniejszościowych „brak” pojemności dyfuzyjnej dobre właściwości impulsowe

Złącze metal-półprzewodnik Tranzystor Schottky’ego