Электроника полупроводников

Физика решение задач
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
http://kursmt.ru/
Электростатика
Электрический ток
Электромагнетизм
Колебания и волны
Основные законы оптики
Атомная физика
Полупроводники
Ядерная физика
Электроника
http://kursmat.ru/
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ
ДИОДЫ С РЕЗКИМ ВОССАНОВЛЕНИЕМ ОБРАТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДИОДЫ ШОТТКИ
Стабилитроны
ШУМОВЫЕ ДИОДЫ
ОБРАЩЕННЫЕ ДИОДЫ
Электротехника
Методы расчета электрических цепей
Трехфазные нагрузочные цепи
Генератор постоянного тока
Пуск синхронного двигателя
Полупроводниковые выпрямители
Усилители постоянного тока
Ферромагнитные материалы
Вычислить напряженность магнитного поля
Математика
Вычислить несобственный интеграл
Дифференциальные уравнения (ДУ)
Степенные ряды
Неопределенный интеграл
Несобственный интеграл 1-го рода
Исследовать сходимость интеграла
Основные методы интегрирования
Метод интегрирования по частям
Вычисление площадей плоских фигур
Определенный интеграл и его приложения
Однородные уравнения
Условие Липшица

ВИДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим переходом и двумя электрическими выводами (контактами).


В качестве выпрямляющего электрического перехода (Пвып) в полупроводниковых диодах может быть использован p-n - переход (анизотипный гомо- или гетеропереход) или выпрямляющий переход металл – полупроводник (переход Шоттки). В диоде с p-n переходом или с гетеропереходом кроме выпрямляющего перехода должно быть два невыпрямляющих (омических) перехода металл – полупролводник (Пом), через которые p- и n-области диода соединены с электрическими выводами М (рис.1,а). В диоде с переходом Шоттки имется один омический переход (рис.1,б).

 Обычно p-n - переход создают на основе монокристалла кремния или германия (Si и Ge – элементы IV группы), внедряя акцепторные (элементы III группы: индий, галлий, алюминий, бор) и донорные (элементы V группы: сурьма, фосфор, мышьяк) примеси. Если концентрации акцепторных Na и донорных Nd примесей равны, то p-n - переход называется симметричным. Для изготовления полупроводниковых диодов, как правило, используют несимметричные p-n - переходы. В них имеется низкоомная область эмиттера с большой концентрацией атомов примеси N = 1017¸1019 см-3 и высокоомная область базы с низкой концентрацией атомов примеси N = 1014¸1015 см-3. На рисунках эмиттерные области часто обозначают значками: p+ _ эмиттер дырок и n+ – эмиттер электронов. Так, на рис. 1, а представлен несимметричный p-n - переход с эмиттером электронов. Ток через несимметричный p-n - переход создается одним типом носителей. Вклад второго типа носителей в общий ток является несущественным.

 Концентрация примесей на границе полупроводников p и n - типов может изменяться скачкообразно или плавно, соответственно такие типы p-n переходов будут называться резкими и плавными.

 В зависимости от соотношения линейных размеров p-n - перехода и характеристической длины различают плоскостные и точечные диоды. Характеристической длиной для диода является наименьшая из двух величин: средняя длина диффузии неосновных носителей в базе или толщина базы. У плоскостного диода линейные размеры, значительно больше, а у точечного меньше характеристической длины.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ПЛОСКОСТНЫЕ НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ДИОДЫ

 Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, а верхняя граница частот – так называемая предельная частота выпрямительных диодов, как правило, не превышает 20 кГц.

Для характеристики выпрямительных диодов используют следующие параметры:

максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max – напряжение, которое может быть приложено к диоду длительное время без нарушения его работоспособности (обычно Uобр.max = 0,5 – 0,8Uпроб, где Uпроб – напряжение пробоя);

максимально допустимый постоянный прямой ток Iпр.max;

постоянное прямое напряжение Uпр при заданном прямом токе Iпр = Iпр.max;

максимальный обратный ток Iобр.max – обратный ток диода при приложении к нему напряжения Uобр.max;

частота без снижения режимов – верхнее значение частоты, при которой обеспечиваются заданные токи и напряжения.

 По максимально допустимому выпрямленному току диоды разбиты на три группы: диоды малой мощности (<0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А ¸ 10 А) и мощные (силовые) диоды (>10 А).

 Иногда в паспорте диода указывают средний выпрямленный ток Iпр.ср, средний обратный ток Iобр.ср, а также импульсный прямой ток Iпр.и или его максимально допустимое значение.

 В состав параметров диодов входят диапазон температуры окружающей среды (для кремниевых диодов обычно от –60 до +125 ºС) и максимальная температура корпуса.

Необходимую площадь p-n-перехода рассчитывают исходя из величины допустимого прямого тока диода, учитывая максимальную величину плотности прямого тока J (табл.1).

Табл. 1.

Основные параметры выпрямительных диодов изготовленных из различных материалов

 

Ge

Si

GaAs

J, А/см2

100

200

100

Uпр, В

~0.3

~0.7

1÷3

Uобр.max, В

до сотен В

до единиц кВ

до сотен В

Iобр.max, мА

~0.2

~0.01

~0.01

t°,С

до +75

–60÷

до +250

 

 Подавляющее большинство кремниевых выпрямительных диодов имеет плоскостную р+–n–n+ структуру (рис.2, а). Они изготавливаются на основе низколегированного (высокоомного) кристалла кремния с электропроводностью n-типа. Пробой плоскостных диодов обычно происходит по поверхности, на которой много дефектов и примесей. В высоковольтных выпрямительных диодах для увеличения Uобр.max производят неравномерное легирование эмиттера и снимают фаску (рис.2, б). При этом толщина p-n-перехода вблизи поверхности увеличивается, а концентрация примесей и дефектов на поверхности уменьшается, что увеличивает напряжение пробоя. Для работы при повышенных температурах используют выпрямительные диоды на основе GaAs. При работе с напряжениями питания ~1.5 В используют Ge выпрямительные диоды с малым прямым падением напряжения.

 Существуют высокочастотные выпрямительные диоды, работающие на частотах порядка единиц мегагерц.

Электрическая схема – это изображение электрической цепи с помощью условных обозначений. Несмотря на всё многообразие цепей, каждая из них содержит элементы двух основных типов – это источники токов и потребители.

Цепи однофазного синусоидального тока и напряжения Рассмотренные выше источники энергии могут быть как постоянными, так и переменными, причем закон их изменения во времени может носить как периодический, так и непериодический характер. Наибольшее практическое распространение получили источники, а следовательно, и цепи, электромагнитные процессы в которых подчиняются периодическому закону.

Индуктивность (L) Пусть через индуктивность протекает синусоидальный ток

Последовательное соединение элементов R,L,C

Частотные характеристики последовательного колебательного контура Рассмотрим частотные характеристики цепи при резонансе. В случае, когда на последовательную цепь воздействует источник синусоидального напряжения с частотой w, меняющейся от 0 до ¥, параметры цепи, а именно ее реактивное и полное сопротивления, меняются, что вызовет соответствующие изменения тока и падений напряжения на отдельных участках цепи.

Резонанс токов Резонансный режим, возникающий при параллельном соединении R, L, C, называется резонансом токов. В отличие от рассмотренного ранее режима резонанса напряжений, данный режим не столь однозначен.

Рассчитаем мощность произвольного приемника, представленного в виде пассивного двухполюсника.

Коэффициент мощности Наибольшие действующие значения напряжения и тока, допускаемые для генераторов и трансформаторов, производящих и, соответственно, преобразующих электрическую энергию, зависят от их конструкции, а наибольшая мощность, которую они могут развивать, не подвергаясь опасности быть поврежденными, определяется произведением этих значений. Поэтому рациональное использование электрических машин и трансформаторов может быть достигнуто лишь в том случае, когда приемники электрической энергии обладают высоким коэффициентом мощности cos

Метод двух узлов Этот  метод является частным случаем метода узловых потенциалов.

Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду и обратное преобразование При расчете разветвленных цепей и, особенно, при определении их входных сопротивлений может возникнуть вопрос о преобразовании треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду или обратного преобразования. Такая процедура становится возможной при условии неизменности потенциалов на зажимах преобразуемого участка цепи.

Метод эквивалентного генератора (активного двухполюсника) Все методы, рассмотренные ранее, предполагали расчет токов одновременно во всех ветвях цепи. Однако в ряде случаев бывает необходимым контролировать ток в одной отдельно взятой ветви. В этом случае применяют для расчета метод эквивалентного генератора.

Трехфазные цепи В предыдущей главе рассматривалась работа электрических цепей, питающихся от однофазных синусоидальных источников тока или напряжения. Наряду с однофазными источниками существуют источники энергии, количество фаз у которых составляет два, три, четыре и т.д., и которые характеризуются тем, что ЭДС этих фаз имеют одинаковую частоту, но сдвинуты друг относительно друга на некоторую одинаковую фазу. Такие генераторы называются многофазными, а электрические цепи с такими источниками – многофазными.

Соединение фаз генератора и нагрузки треугольником Вторым основополагающим способом соединения является соединение типа «треугольник-треугольник»

Лекции и задачи по физике Примеры решений контрольной работы