Что такое ток насыщения диода

Ток – насыщение – диод

Частоту пилообразного напряжения такого генератора регулируют, изменяя емкость конденсатора С и ток насыщения диода. Регулировка тока насыщения диода достигается изменением накала его катода. Для удобства регулировки тэка диод заменяют пентодом. Ток пентода регулируют изменением напряжения экранирующей или управляющей сетки. Величину пилообразного напряжения регулируют, изменяя сеточное напряжение тиратрона, и, следовательно, напряжение его зажигания. [16]

Кл); / s – ток насыщения-диода, А; А / – полоса частот, ограниченная сверху междуэлектродной емкостью диода и индуктивностью вывода катода, она равна приблизительно 600 МГц. Шумовой ток диода зависит от тока насыщения диода , который легко изменять регулировкой тока накала его катода. Конструктивно генератор шума на диоде-представляет собой отрезок коаксиальной линии ( рис. 2.96), в центре которой расположены диод, его нагрузка R и разделительный конденсатор С. [17]

Непосредственно измерить равновесную концентрацию электронного газа затруднительно. Однако простые соображения позволяют связать ее с током насыщения диода . [18]

Конструктивно они состоят из ЛПД и генераторной секции, служащей для согласования входного сопротивления р-л-перехода с сопротивлением нагрузки. Источником шумового излучения в ЛПД являются дробовые флуктуации тока насыщения диода и флуктуации коэффициента умножения лавины. [19]

Данная задача до некоторой степени аналогична предыдущей. Здесь также имеет место ограничение тока в первичной цепи током насыщения диода , включенного, однако, не в запирающем, а в проводящем направлении. Однако по сравнению с предыдущей задачей здесь имеется существенное отличие, причем оно проявляется в главном участке, вблизи прохождения тока через нуль. [20]

Проведенный анализ не учитывает влияния температуры, однако приводимые в справочных листах характеристики позволяют учесть влияние температуры на ток отсечки и ток насыщения. Температурный коэффициент тока отсечки затвора / Зио имеет положительно-логарифмический характер, обычный для тока насыщения диода . Температурные изменения тока отсечки и тока насыщения / с нас стремятся компенсировать друг друга, так как температурное изменение едного тока смещает рабочую точку транзистора к режиму отсечки, а соответствующее изменение другого тока – к режиму насыщения. Влияние температуры на ток / с нас может быть учтено при определении стабильности смещения путем прибавления изменений этого тока к пределам нормального диапазона изменения / с Нас и использования полученных значений при дальнейшем расчете. [21]

Насыщенный диод используется в качестве генератора шума для испытаний приемников на частоте 30 Мгц. Определить эффективное напряжение шума, создаваемого диодом на входных зажимах приемника, если полоса пропускания приемника равна 3 Мгц и ток насыщения диода равен 100 ма. [23]

Вакуумный диод, работающий в режиме насыщения, является источником шума вследствие случайного характера процесса термоэлектронной эмиссии. Среднеквадратическое значение шумового тока диода определяется известным выражением nl ] / 2e / sA / t, где е – заряд электрона ( е 1 6 – 10 – 19 Кл); ls – ток насыщения, А; Д / – полоса пропускания устройства, на вход которого поступает ток насыщения диода , Гц. Вакуумные диоды, например типа 2Д2С, генерируют шум в диапазоне частот 1 – 600 МГц. Напряжение и уровень спектральной плотности мощности на выходе генератора регулируется изменением тока накала диода. [24]

При достаточно большом анодном напряжении уже все электроны движутся на анод, и облачко исчезает. Очевидно, что ток насыщения диода равен току эмиссии / SM, который определяется полным числом электронов, испускаемых катодом каждую секунду. [26]

Из графика же 29.22 а видно, что для тока такой силы напряжение VR должно составлять 200 В. Таким образом, напряжение Vо должно быть в действительности равно разности ( 1000 – 200) В800 В, что превосходит разность потенциалов, требующуюся для достижения тока насыщения в диоде. Этим завершается круг наших рассуждений, подтверждая нашу догадку, что в действительности ток в сопротивлении представляет собой ток насыщения диода , равный 7 – 10 – 3 А. [27]

Можно предположить, что дефект представляет собой участок поверхности германия с повышенной скоростью генерации-рекомбинации носителей и с повышенной плотностью заряда. Если такой участок оказывается в области р-п перехода или вблизи пего, он приводит к локальному понижению напряжения пробоя и возрастанию тока насыщения диода . [29]

Входное сопротивление модулятора току сигнала составляет приблизительно 70 ком. Минимально различимый ток равен 10 8 а при комнатной температуре, что соответствует примерно 10 10 вт. Дрейф по току составляет около 10 – 7 а / град в диапазоне температур 25 – 80 С. Сигнал дрейфа является экспоненциальной функцией с того момента, как ток насыщения диодов становится ограничивающим фактором. [30]

При быстрых изменениях напряжения на полупроводниковом диоде значение тока через диод, соответствующее статической ВАХ, устанавливается не сразу. Процесс установления тока при таких переключениях называют переходным процессам. Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны с накоплением носителей в базе диода при его прямом включении и их рассасывании в базе при быстром изменении полярности напряжения на диоде. Так как электрическое поле в базе обычного диода отсутствует, то движение неосновных носителей в базе определяется законами диффузии и происходит относительно медленно. В результате кинетика накопления носителей в базе и их рассасывание влияют на динамические свойства диодов в режиме переключения.

Рассмотрим изменение тока I при переключении диода с прямого напряжения Vсм на обратное напряжение. В стационарном случае величина тока в диоде описывается уравнением Шокли (5.39): После завершения переходных процессов величина тока в диоде будет равна .

При прямом смещении диода на основе несимметричного pn-перехода происходит инжекция неравновесных дырок в базу диода. Изменение во времени и пространстве неравновесных инжектированных дырок в базе описывается уравнением непрерывности:

(5.65)

В момент переключения напряжения в диоде с прямого на обратное (t=0) величина обратного тока будет существенно больше, чем ток насыщения диода. Это происходит потому, что обратный ток диода обусловлен дрейфовой компонентой тока, а ее величина в свою очередь определяется концентрацией неосновных носителей в базе, определяемых выражением:

, . (5.66)

С течением времени концентрация неравновесных носителей будет убывать, следовательно, будет убывать и обратный ток. За время t, называемое временем восстановления обратного сопротивления или временем рассасывания, обратный ток придет к значению, равному току насыщения. На рис. 5.22 приведены координатные зависимости концентрации вразличные моменты времени.

Рис. 5.22 Координатные зависимости p(x,t) вразличные моменты времени

Для описания кинетики этого процесса запишем граничные и начальные условия для уравнения (5.66) в следующем виде:

, . (5.67)

Обратный ток обусловлен только диффузией дырок к границе ОПЗ pn-перехода:

(5.68)

Процедура нахождения кинетики обратного тока следующая. Учитывая граничные условия, решается уравнение (5.66) и (5.67) и находится зависимость концентрации неравновесных носителей в базе p(x,t) от времени и координаты.

Рис. 5.23 Зависимость обратного тока при переключении диода

В момент t=0 величина обратного тока будет бесконечно большой. Физическим ограничением для этого тока будет служить максимальный ток, который может протекать через омическое сопротивление базы диода rб при обратном напряжении Vсм. Величина этого тока, называемого током среза, jср равна: .

Время, в течение которого обратный ток постоянен, называют временем среза. Для импульсных диодов время среза τср и время восстановления τв обратного сопротивления являются важными параметрами. Для уменьшения их значения существуют несколько способов. Во-первых, можно уменьшить время жизни неравновесных носителей в базе диода за счет введения глубоких рекомбинационных центров в квазинейтральном объеме базы. Во-вторых, можно делать базу диода тонкой для того, чтобы неравновесные носители рекомбинировали на тыльной стороне базы.

Читайте также:  Дачный гараж своими руками

5.9 Полупроводниковые диоды

В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными. В данном разделе будут рассмотрены следующие типы полупроводниковых диодов: выпрямительные диоды на основе pn-перехода, стабилитроны, варикапы, туннельные и обращенные диоды.

5.9.1 Выпрямительные диоды

Основу выпрямительного диода составляет pn-переход, ВАХ такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю.

Вентильные свойства диода выражены тем ярче, чем меньше обратный ток и прямое напряжение (в идеальном случае они должны быть равны нулю). Эти требования противоречат друг другу. Уменьшение тока насыщения, например, за счет увеличения концентрации легирующей примеси в соответствии с формулой , ведет, как следует из формулы , к возрастанию контактной разности потенциалов и, следовательно, к увеличению прямого напряжения, которое необходимо подавать на диод для получения того же значения прямого тока.К аналогичным выводам можно прийти, анализируя влияние ширины запрещенной зоны (собственной концентрации носителей) на значения этих параметров (рис. 5.26).

Рис. 5.26 Качественное сравнение ВАХ германиевого и кремниевого диода (масштабы прямого и обратного токов различны)

В Si диоде обратный ток определяется током генерации-рекомбинации в ОПЗ, а в Ge диоде – током экстракции (насыщения Is). На прямой ветви ВАХ при напряжении V* наблюдается резкий перегиб. Обычно значения V* составляют 0,6-0,7 В для диодов на основе Si и 0,3-0,4 В для Ge диодов. Эти значения близки к контактным разностям потенциалов этих материалов. При повышении температуры изменяются практически все электрофизические свойства полупроводников, поэтому изменяются и параметры полупроводниковых приборов, в частности, значение контактной разности потенциалов, уменьшается; ток насыщения, растет (рис. 5.28). Необходимо подчеркнуть, что изменение температуры диода может произойти не только вследствие изменения температуры окружающей среды, но и за счет саморазогрева pn-перехода при больших плотностях протекающего через него токов. Снижение влияния температуры добиваются путем введения специальных конструктивных элементов корпусов – радиаторов.

Рис. 5.28 ВАХ диодов при различных температурах: а – Ge диод; б – Si диод.

5.9.2 Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, ВАХ которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке 5.29.

Рис. 5.28 ВАХ (а) и конструкция корпуса (б) стабилитрона

При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф ≈ 2÷50 Ом. Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи.

Основными характеристиками стабилитрона являются ток Iст и напряжение Uст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона rст и температурная зависимость этих параметров.

5.9.3 Туннельные диоды

Туннельный диод был предложен в 1958 году Лео Исаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие эффекта туннелирования электронов, применяемого в этих диодах.

Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p + n + –перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке ВАХ которого наблюдается N-образная зависимость тока от напряжения.

Если концентрация доноров и акцепторов в эмиттере и базе диода будет NA, ND

10 20 см -3 , то концентрация основных носителей будет много больше эффективной плотности состояний в разрешенных зонах pp0, nn0 >> NC, NV. В этом случае уровень Ферми будет находиться в разрешенных зонах p + – и n + -полупроводников. В полупроводнике n + типа все состояния в зоне проводимости вплоть до уровня Ферми заняты электронами, а в полупроводнике p + -типа – дырками.

Рассчитаем, чему равна геометрическая ширина вырожденного pn-перехода. Будем считать, что при этом сохраняется несимметричность pn-перехода (p + – более сильнолегированная область). Тогда ширина p + n + –перехода мала:

(5.73)

Дебройлевскую длину волны электрона оценим из простых соотношений:

(5.74)

Таким образом, геометрическая ширина p + n + -перехода оказывается сравнима с дебройлевской длиной волны электрона. В этом случае в вырожденном p + n + -переходе можно ожидать проявления квантово-механических эффектов, одним из которых является туннелирование через потенциальный барьер.

На рис. 5.31 показаны зонные диаграммы типичного туннельного диода при обратном и прямом смещении, соответствующие различным точкам на ВАХ.

Поскольку туннельные переходы происходят без рассеяния, то есть с сохранением энергии туннелирующей частицы, то на зонной диаграмме эти процессы будут отражены прямыми горизонтальными линиями.

Рис. 5.31 Зонные диаграммы и ВАХ туннельного диода при прямом смещении

Проанализируем особенности ВАХ туннельного диода. При обратном напряжении ток в диоде обусловлен туннельным переходом электронов из валентной зоны п/п p + -типа на свободные места в зоне проводимости п/п n + – типа. Поскольку концентрация электронов и число мест велики, то туннельный ток резко возрастает с ростом обратного напряжения. Такое поведение ВАХ резко отличает туннельный диод от обычного выпрямительного диода.

При прямом напряжении ток в диоде обусловлен туннельным переходом электронов из зоны проводимости п/п n + – типа на свободные места в валентной зоне п/п p + -типа. На участке 1 при обратном смещении (рис. 5.31,а) электроны валентной зоны p + – области занимают вакантные места в зоне проводимости n + – области безизменения энергии.

При нулевом смещении переходы зона-зона невозможны и ток равен нулю (рис. 5.31,б). При небольшом прямом напряжении напротив электронов зоны проводимости п/п n + – типа начинают появляться свободные места в валентной зоне п/п p + -типа при той же самой энергии. По мере роста напряжения число прямых переходов возрастает, и ток растет с ростом напряжения. Туннельный ток достигает максимума, когда все свободные места в валентной зоне п/п p + -типа оказываются по энергии напротив энергетических уровней, занятых электронами в зоне проводимости п/п n + – типа (рис. 5.31,в). Затем, по мере роста прямого напряжения, число этих свободных мест начинает уменьшаться, поскольку по энергии напротив уровней, занятых электронами в зоне проводимости п/п n + – типа оказываются состояния в запрещенной зоне п/п p + -типа (энергетические уровни в идеальных полупроводниках в запрещенной зоне отсутствуют) (рис. 5.31,г). На этом участке туннельный ток уменьшается с ростом напряжения и превращается в ноль, когда запрещенная зона p + полупроводника будет находиться по энергии напротив уровней, занятых электронами в зоне проводимости. Это – участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При дальнейшем росте прямого напряжения появляется компонента обычного диффузионного тока pn-перехода (рис. 5.31,д).

Из принципа действия туннельных диодов видно, что процессы в них обусловлены основными носителями заряда, а рекомбинация не играет принципиальной роли. Поэтому характерное время в туннельных переходах есть не время жизни неравновесных носителей, а максвелловское время релаксации , при 1 (Ом∙см) -1 10 -12 с. Вследствие этого теоретический предел частот намного больше, чем у диффузионных pn-переходов. Однако предельная частота реальных приборов понижается вследствие влияния паразитной емкости и индуктивности корпуса прибора.

Читайте также:  Фасадная декоративная штукатурка короед для наружных работ

Первый туннельный диод был изготовлен в 1957 из германия; однако вскоре после этого были выявлены другие полупроводниковые материалы, пригодные для получения туннельных диодов: Si, InSb, GaAs, InAs, PbTe, GaSb, SiC и др.

В силу того, что туннельных диод в некотором интервале напряжений смещения имеют отрицательное дифференциальное сопротивление и обладают очень малой инерционностью, их применяют в качестве активных элементов в высокочастотных усилителях электрических колебаний, генераторах и переключающих устройствах.

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катодакосвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.
Читайте также:  Чем прибивать вагонку в парилке

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере ростаобратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

  1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
  2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
  3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

  1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
  2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

  1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
  2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

  1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
  2. Попадание электронов в проводимую зону.
  3. Резкое повышение температуры.
  4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
  5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector