Изтегляне на презентация за диоди. Презентация "Преход електрон-дупка. Транзистор" презентация за урок по физика (10 клас) по темата. Видове устройства и техните обозначения

Глава 2 Полупроводникови диоди Полупроводник
диод
е
себе си
полупроводниково устройство с един p-n преход и два
заключения. Повечето диоди са базирани на
асиметрични p-n преходи. В същото време една от областите
диод, обикновено (p+) силно легиран и наречен емитер,
друго
(н)
леко легиран
–
база.
P-n кръстовище
поставена в основата, защото е леко легирана.
структура, символи името на заключенията
показано на фиг. 3.1. Между всяка външна зона
полупроводник и неговият изход има омичен контакт,
който на фиг. 3.1 е показана с удебелена линия.
В зависимост от технологията на производство има:
точкови диоди, сплавни и микросплавни, с дифузия
базови, епитаксиални и др.
от
функционален
предназначение
диоди
разделен:
токоизправител, универсален, импулсен, ценерови диоди и
стабистори, варикапи, тунелни и реверсирани, както и микровълнови диоди и др.

Класификация на диодите по функционално предназначение и тяхното UGO

2.1. Токово напрежение на диода

Характеристиката на напрежението на реалния диод има редица разлики от характеристиката на напрежението на p-n прехода (фиг. 3.2).
За преднаклоненост трябва да се вземе предвид обемното съпротивление
площите на базата rb и емитера rе на диода (фиг. 3.3.), обикновено rb >> rе. Падане
напрежението в обемното съпротивление от диодния ток става
значителни при токове над няколко милиампера. Освен това,
част от напрежението пада върху съпротивлението на клемата. Като резултат
напрежението директно в p-n прехода ще бъде по-малко от напрежението,
приложен към външните клеми на диода. Това води до изместване на линията
клонове на ток-напрежението вдясно (крива 2) и почти линейна зависимост от приложената
волтаж.
Характеристиката на тока на напрежението на диода, като се вземе предвид обемното съпротивление, се записва с израза
φU
I I 0 e T 1
Uφ Irb
I I 0 e T 1
където Upr е напрежението, приложено към клемите; r е общото базово съпротивление и
диодни електроди, обикновено r=rb.
Когато диодът е обратно предубеден, диодният ток не остава постоянен, равен на I0
тези. се наблюдава увеличение на обратния ток.
Това се обяснява с факта, че обратният ток на диода се състои от три компонента:
Iobr =I0 + Itr + Iut
U φ Irb
T
I I0 e
1
където I0 е топлинният ток на прехода;
Itr – топлинен генериращ ток. Увеличава се с увеличаване на обратното напрежение.
Това се дължи на факта, че p-n преходсе разширява обемът му се увеличава и
следователно, броят на произведените малцинствени носители се увеличава
в него поради термично генериране. Той е с 4-5 порядъка по-голям от текущия I0.
Iut – ток на утечка. Свързано е с крайната стойност на повърхностната проводимост
кристал, от който е направен диодът. В съвременните диоди винаги е така
по-малък топлинен ток.

Полупроводникови диоди

Полупроводниковият диод е електрически преобразуващ полупроводник
устройство с един електрически възел и два извода, което използва
различни p-n свойства- преход (едностранна проводимост, електрически пробив,
тунелен ефект, ел. капацитет).
Изправителен диод
Германиев диод Силициев диод
Ценеров диод
Варикап
Тунелен диод
Обърнат диод

2.2. Диодна еквивалентна схема

Това е верига, състояща се от електрически елементи, които вземат предвид
физически процеси, протичащи в p-n прехода и влиянието
структурни елементи за електрически свойства.
Еквивалентна схема p-n заместванияпреход при малък
сигнали, когато нелинейните свойства на диода могат да бъдат игнорирани
показано на фиг. .
Тук CD е общият капацитет на диода, в зависимост от режима; Rп = Rдиф
- диференциално преходно съпротивление, чиято стойност
определен с помощта на статичната характеристика ток-напрежение на диода при дадена работа
точки (Rdiff = U/ I|U=const); rb - разпределени електрически
съпротивление на диодната основа, нейните електроди и клеми, Rth –
устойчивост на изтичане.
Понякога еквивалентната схема се допълва с капацитет между клемите
диод SV, капацитети Svh и Svyh (показани с пунктирани линии) и
индуктивност на изводите НН.
Еквивалентната схема за големи сигнали е подобна
предишното. Той обаче отчита нелинейните свойства на p-n прехода, като заменя диференциалното съпротивление с
зависим от източника източник на ток I = I0(eU/ T – 1).

2.3. Влиянието на температурата върху ток-напрежението на диода

I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,
температура заобикаляща средаима значително влияние върху
ток-напрежение на диода. С леки промени в температурата
ходът както на предния, така и на обратния клон на характеристиката ток-напрежение се променя.
С повишаване на температурата концентрацията на неосновни вещества се увеличава
носители в полупроводников кристал. Това води до увеличаване на обратния ток
преход (поради увеличаване на тока на двата му компонента: Iо и Itr), както и
намаляване на обемното съпротивление на основната площ. При увеличаване
температура, обратният ток на насищане нараства приблизително 2 пъти при
германий и 2,5 пъти за силициеви диоди за всеки 10 °C. Пристрастяване
обратният ток спрямо температурата се апроксимира с израза
I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,
където: I(T0)-токът се измерва при температура T0; T – текуща температура; T*
- температура на удвояване на обратния ток - (5-6) 0С – за Ge и (9-10) 0С – за Si.
Определя максимално допустимото увеличение на обратния ток на диода
максимум допустима температурадиод, който е 80-100 °C
за германиеви диоди и 150 - 200 °C за силициеви диоди.
Токът на утечка зависи слабо от температурата, но може значително
променят се във времето. Следователно той определя основно времето
нестабилност на обратния клон на характеристиката ток-напрежение.
С повишаване на температурата директният клон на характеристиката на тока и напрежението се измества наляво и
става по-стръмен (фиг. 3.3). Това се обяснява с растежа на Ирев (3.2) и
чрез намаляване на rb, последният намалява спада на напрежението в основата и
напрежението директно на кръстовището се увеличава при постоянно напрежение
на външни щифтове.
За да оценим температурната нестабилност на директния клон, въвеждаме
температурен коефициент на напрежение (TKN) t = U/ T, показващ
как се променя напрежението напред на диода с промяна на температурата от
10C при фиксиран прав ток. В температурен диапазон от -60 до
+60 "С t -2,3 mV/°С.

2.4. Токоизправителни диоди

Токоизправителни диоди - предназначени за коригиране на ниска честота
AC ток и обикновено се използват в захранващи устройства. Под изправяне
разберете трансформацията на биполярния ток в еднополярен ток. За изправяне
Използва се основното свойство на диодите - тяхната еднопосочна проводимост.
Като изправителни диоди в захранвания за изправяне на големи
токове, използващи планарни диоди. Те имат голяма контактна площ p и n области
и голям бариерен капацитет (капацитет Xc=1/(ωC), който не позволява
коригирайте при високи честоти. Освен това такива диоди имат голяма стойност
обратен ток.
Основните параметри, характеризиращи токоизправителните диоди са
са (Фигура 2.1):
- максимален прав ток Ipr max;
- спад на напрежението върху диода при дадена стойност на тока в права посока Ipr (Upr
0,3...0,7 V за германиеви диоди и Upr 0,8...1,2 V за силициеви диоди);
- максимално допустимо постоянно обратно напрежение на диода Urev max;
- обратен ток Irev при дадено обратно напрежение Urev (стойност
обратният ток на германиевите диоди е с два до три порядъка по-голям от този на
силиций);
- бариерен капацитет на диода при подаване на обратно напрежение към него
с някакъв размер;
- Fmax - честотен диапазон, в който диодът може да работи без значителни
намаляване на коригирания ток;
- работен температурен диапазон (германиевите диоди работят в диапазона 60...+70°C, силициевите диоди - в диапазона -60...+150°C, което се обяснява с малки
обратни токове на силициеви диоди).
Средна разсейвана мощност на диода Рср Д – средна мощност за периода
разсейва се от диода, когато токът тече в права и обратна посока.
Превишаването на максимално допустимите стойности води до рязко намаляване на периода
обслужване или повреда на диод.
Чрез подобряване на условията за охлаждане (вентилация, използване на радиатори) е възможно
увеличете изходната мощност и избегнете термичния срив. Приложение на радиатори
Освен това ви позволява да увеличите предния ток.

Еднофазен полувълнов токоизправител
Еднофазна пълна вълна
токоизправител със средна точка
Индустрия
се издават
силиций
токоизправителни диоди за токове до стотици ампера и обратно
напрежения до хиляди волта. Ако е необходимо да се работи при
обратни напрежения, превишаващи допустимите Urev за
един диод, тогава диодите са свързани последователно. За
нараства
изправени
текущ
Мога
Приложи
паралелно свързване на диоди.
1) Половълнов токоизправител. Трансформатор
служи за намаляване на амплитудата на променливото напрежение.
Диодът се използва за коригиране на променлив ток.
2) Пълновълнов токоизправител. Предишна диаграма
има съществен недостатък. Състои се в това, че не е
се използва част от енергията на първичния източник на енергия
(отрицателен полупериод). Недостигът се отстранява в
пълновълнова токоизправителна верига.
В първия положителен (+) полупериод, ток
протича по следния начин: +, VD3, RH↓, VD2, - .
Във втория – отрицателен (-) така: +, VD4, RH↓ , VD1,- .
И в двата случая той
протича през товара в едно
посока ↓ - отгоре надолу, т.е. настъпва изправяне
текущ.
Еднофазен мостов токоизправител

2.5. Импулсни диоди

Импулсните диоди са диоди, които са предназначени да работят в режим на превключване в импулсни вериги
В такива вериги те действат като електрически ключове. Електрическият ключ има две състояния:
1. Затворен, когато съпротивлението му е нула Rvd =0.
2. Отворете, когато съпротивлението му е безкрайно Rvd=∞.
Диодите отговарят на тези изисквания в зависимост от полярността на приложеното напрежение. Те имат малко
съпротивление, когато е предубедено в посока напред, и високо съпротивление, когато е предубедено в обратна посока.
1. Важен параметър на превключващите диоди е тяхната скорост на превключване. Фактори
ограничаващи скоростта на превключване на диода са:
а) капацитет на диода.
b) скоростта на дифузия и свързаното с нея време на натрупване и резорбция на малцинствени носители на заряд.
В импулсни диоди висока скоростпревключването се постига чрез намаляване на площта на pn прехода, което намалява
стойност на капацитета на диода. Това обаче намалява максималния постоянен ток на диода (Idirect max.). Пулс
диодите се характеризират със същите параметри като токоизправителите, но имат и специфични, свързани с
скорост на превключване. Те включват: Време за установяване на предното напрежение на диода (tset): tset. –
време, през което напрежението на диода, когато е включен предният ток, достига своята стационарна стойност с
определена точност. Това време е свързано със скоростта на дифузия и се състои от намаляване на съпротивлението на основната площ над
поради натрупването на малцинствени носители на заряд, инжектирани от емитера. Първоначално е висока, т.к малък
концентрация на носители на заряд. След прилагане на напрежение в посока напред, концентрацията на малцинствени носители на заряд в основата
увеличава, това намалява предното съпротивление на диода. Време за възстановяване на обратното съпротивление на диода
(recovery): дефинирано като времето, през което диодът обръща тока след превключване
полярността на приложеното напрежение от директно към обратно достига стационарната си стойност с дадена
точност. Това време е свързано с резорбцията от основата на малцинствените носители на заряд, натрупани по време на потока
постоянен ток. trestore – време, през което обратният ток през диода при превключването му достига своята
стационарна стойност, с дадена точност I0, обикновено 10% от максималния обратен ток. trestore= t1.+ t2. , Където
t1. – време на резорбция, през което концентрацията на малцинствени носители на заряд на границата на pn прехода се превръща в
нула, t2. – време на разреждане на дифузионния капацитет, свързано с резорбцията на малцинствените заряди в обема на диодната база. IN
По принцип времето за възстановяване е времето, необходимо за изключване на диода, като ключ.

2.7. Ценерови диоди и стабилизатори

Ценеровият диод е полупроводников диод, направен от слабо
легиран силиций, който се използва за стабилизиране на константа
волтаж. Характеристиката на напрежението на ценеровия диод с обратно отклонение има малък участък
зависимост на напрежението от протичащия през него ток. Тази област се появява отзад
изчисляване на електрическо разрушаване (фиг. 1.5).
Ценеровият диод се характеризира със следните параметри:
Номинално стабилизиращо напрежение Ust. nom - номинално напрежение
на ценеров диод в работен режим (при даден стабилизационен ток);
номинален ток на стабилизация Ist.nom – ток през ценеровия диод при
номинално стабилизиращо напрежение;
минимален стабилизационен ток Ist min - най-ниска стойност на тока
стабилизация, при която режимът на повреда е стабилен;
максимално допустим ток на стабилизиране Ist max - най-висок ток
стабилизация, при която нагряването на ценеровите диоди не надвишава допустимите граници.
Диференциално съпротивление
Rst - коефициент на нарастване на напрежението
стабилизиране до увеличението на стабилизационния ток, което го причинява: Rst=
TKN – температурен коефициент на стабилизиращо напрежение:
TKN
Уст / Ист.
У ст.ном.
100%
У ст.ном. T
– относителна промяна на напрежението на ценеровия диод, намалена до единица
степен.
Уст.ном.< 5В – при туннельном пробое.
Уст.ном. > 5V – при лавинен срив.
Параметрите на ценеровите диоди включват и максимално допустимия ток в права посока
Imax, максимално допустим импулсен ток Ipr и max, максимално допустим
разсейвана мощност P max.

Параметричен стабилизатор на напрежението (фиг. 9.). Служи за осигуряване
постоянно напрежение на товара (Un), когато постоянното напрежение се променя
захранване (Upit) или съпротивление на натоварване (Rн).
Товарът (консуматорът) е свързан паралелно на ценеровия диод. Ограничителен
съпротивление (Rogr) служи за установяване и поддържане на правилния режим
стабилизиране. Обикновено Rogr се изчислява за средната точка на характеристиката ток-напрежение на ценеровия диод (фиг. 5).
Веригата осигурява стабилизиране на напрежението поради преразпределението на токовете IVD и
IN
Нека анализираме работата на веригата.
Според втория закон записваме отношението: Upit = (IVD + IN) Rogr + Un
Промяната на захранващото напрежение на Upit води до появата на нарастване
напрежение на товара при Un и токове IVD = Un/rst, IH = Un/ Rn. Нека го запишем
оригинално уравнение за увеличения:
Upit = (Un/rst + Un/ Rn) Rogr+ Un = Un(1/rst + 1/Rn) Rogr+ Un.
Нека го разрешим по отношение на Un, получаваме Un = Un/
Тъй като Rogr/rst е голям, Un е малък. Колкото повече Rogr и колкото по-малко, толкова по-малко
промени в изходното напрежение.
Изчисляване на веригата (обикновено са посочени Usupply и RN):
Избор на ценеров диод VD1 от условията:
и ист.ном.>ин.
2) Изчисляване
Ролим.
U в. У ст.ном.
I ст.ном.
У ст.ном. U out
Видове ценерови диоди:
1. Прецизност. Те имат малка стойност на TKN и нормализирана стойност
Уст.ном. Малък TKN се постига чрез последователно свързване с ценеров диод
(VD2), имащи положителни TKN диоди (VD1) в посока напред, чийто TKN
отрицателен. Тъй като общият TKN е равен на тяхната сума, той се оказва малък
размер.
2. Двувъзлов ценеров диод. Състои се от два включени ценерови диода
контра-последователно и се използва за стабилизиране на амплитудата на променливите
стрес.
Стабилизаторите са полупроводникови диоди, в които за
Стабилизирането на напрежението използва директния клон на характеристиката ток-напрежение. Такива
В диодите основата е силно легирана с примеси (rb→0) и следователно тяхната директна
клонът върви почти вертикално. Параметрите на стабистора са подобни
параметри на ценеров диод. Използват се за стабилизиране на малки
напрежение (Ust.nom. ≈0.6V), стабисторен ток – от 1mA до няколко
десетки mA и отрицателен TKN.

2.9. Тунелни и обратни диоди

На границата на силно легирани (изродени) p-n структури с концентрация на примеси
има тунелен ефект. n 10 20 el/cm 3
Проявява се във факта, че при предно отклонение характеристиката на тока и напрежението се появява на директния клон
падащо сечение AB с отрицателно съпротивление Rdiff = U/ I|AB=r- 0.
Пунктираната линия на графиката показва характеристиката ток-напрежение на диода.
Това позволява използването на такъв диод в усилватели и електрически генератори.
вибрации в микровълновия диапазон, както и в импулсни устройства.
При обратно отклонение, токът, дължащ се на повреда на тунела, се увеличава рязко при ниско ниво
напрежения
Основните параметри на тунелен диод са както следва:
пиков ток и пиково напрежение Ip, Up - ток и напрежение в точка А;
долинен ток и напрежение IB - ток и напрежение в точка B;
съотношение на тока Iп/Iв;
пиково напрежение - право напрежение, съответстващо на пиковия ток;
напрежение на разтвора Up - директно напрежение, по-голямо от напрежението на долината, при
в който токът е равен на пика; индуктивност LD - обща последователна индуктивност
диод при дадени условия; специфичен капацитет Сд/Iп - отношение на капацитета на тунела
диод до пиков ток; диференциално съпротивление gdif - реципрочна стойност
стръмност на характеристиката ток-напрежение; резонансна честота на тунелния диод fo - проектна честота, при
което е общото реактивно съпротивление на p-n прехода и индуктивността на корпуса
тунелен диод отива на нула; гранична съпротивителна честота fR - изчислена
честота, при която активният компонент на импеданса е в серия
веригата, състояща се от p-n преход и съпротивление на загубите, става нула; шум
константа на тунелния диод Ksh - стойността, която определя шумовия фактор на диода;
съпротивлението на загуба на тунелния диод Rn е общото съпротивление на кристала,
контактни връзки и изводи.
Максимално допустимите параметри включват максимално допустимата константа
прав ток на тунелния диод Ipr max, максимално допустим прав импулсен ток
Ipr. и макс. максимално допустим постоянен обратен ток Irev max,
максималната допустима микровълнова мощност Rmicrowave max, разсейвана от диода.

Схема на генератор на хармонични трептения
TD е показано на фиг. . Предназначение на елементите: R1,
R2 – резистори, задават работната точка на тунела
диод в средата на I-V характеристика с минус
устойчивост; Lk, Ck – трептителен кръг; SBL
капацитет
блокиране,
от
променлива
компонент той свързва тунелен диод
успоредно на колебателния кръг.
Тунелен диод, свързан паралелно
колебателен
контур
компенсира
неговият
отрицателен
съпротива
съпротива
загуби на колебателния кръг и следователно трептения
може да продължи безкрайно.
Обърнатите диоди са тип
тунелни диоди. Концентрацията на примеси в тях
малко по-малко, отколкото в тунелните. Поради това,
тях
отсъстващ
парцел
с
отрицателен
съпротива. На прав клон до напрежение
0,3-0,4V
на разположение
практически
хоризонтална
зона с нисък постоянен ток (фиг.), докато
как
текущ
обратен
клонове
начало
с
малък
напрежение, поради повреда на тунела, рязко
се увеличава. В тези диоди, за малки променливи
сигнали,
директен
клон
Мога
броя
Не
провежда ток, а обратното провежда. Следователно
името на тези диоди.
Преобразува
диоди
са използвани
За
коригиране на микровълнови сигнали с малки амплитуди (100300) mV.

2.10. Маркировка на полупроводникови диоди

Маркировката се състои от шест елемента, например:
KD217A
или K C 1 9 1 E
123456
123456
1 - Буква или цифра, показваща вида на материала, от който е направен диодът:
1 или G – Ge (германий); 2 или K – Si (силиций); 3 или А – GeAs.
2 - буква, показва вида на диода според функционалното му предназначение:
D – диод; C – ценеров диод, стабилизатор; Б – варикап; I – тунелен диод; А -
Микровълнови диоди.
3. Предназначение и електрически свойства.
4 и - 5 показват серийния номер на разработката или електрическите свойства
(в ценерови диоди - това е стабилизационното напрежение; в диоди - порядък
номер).
6. - Буква, показва разделянето на диоди в параметрични групи (в
токоизправителни диоди – деление по параметъра Urev.max, в ценерови диоди
деление по ТКН).

Дисциплина: Електротехника и електроника

Лектор: Погодин Дмитрий Вадимович
Кандидат на техническите науки,
Доцент на катедра RIIT
(Катедрата по радиоелектроника и
информация и измерване
технология)
електротехника и електроника

Съдържание.1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Определение.
Област на приложение.
Принцип на действие.
Видове устройства и тяхното обозначение.
CVC.
Коефициент на коригиране.
Мостови схеми за превключване на диоди.
Шотки диоди.

Определение.

Токоизправителен диод е
полупроводниково устройство с
един pn преход и два
електроди, който служи
за преобразуване
AC in
постоянен.

Област на приложение.

Изправителните диоди се използват в
вериги за управление, комутация, вх
ограничаващи и разделящи вериги, в
захранвания за преобразуване
(изправяне) на променливо напрежение в
постоянна, във вериги за умножение на напрежението и
преобразуватели на постоянно напрежение,
където не са представени високи изискванияДа се
честотни и времеви параметри на сигналите.

Принцип на действие на токоизправителен диод

Принципът на работа на това устройство се основава на
характеристики на p-n прехода. Анодът е свързан към p
слой, катод към n слой. В близост до кръстовището на два
полупроводници има слой, в който няма
носители на заряд. Това е бариерният слой. Неговата
съпротивлението е високо.
Когато даден слой е изложен на определен външен
променливо напрежение, дебелината му става
по-малко и впоследствие изчезват напълно.
Токът, който нараства, се нарича прав ток. Той
преминава от анода към катода. Ако външната променлива
тогава напрежението ще има различен поляритет
бариерният слой ще бъде по-голям, съпротивлението ще се увеличи.

Видове устройства и тяхното обозначение.

По дизайн има два вида устройства: точкови и равнинни.
Най-често срещаните в индустрията са силиций (обозначение -
Si) и германий (обозначение - Ge). Първият работна температурапо-висок.
Предимството на последното е ниският спад на напрежението при посочен ток.
Принципът на обозначаване на диодите е буквено-цифров код:
- Първият елемент е обозначението на материала, от който е направен;
- Вторият дефинира подкласа;
- Третият показва работни способности;
- Четвъртият е серийният номер на разработката;
- Пето – обозначение на сортиране по параметри.

Параметри на токоизправителни диоди.

Честотен диапазон на токоизправителните диоди
малък. При трансформиране на промишлени
AC работната честота е 50Hz,
граничната честота на токоизправителните диоди не е
надвишава 20 kHz.
Според максимално допустимата средна права линия
токовите диоди се делят на три групи: слаботокови диоди
мощност (Ipr.ср. ≤ 0,3 A), средно големи диоди
мощност (0,3 A< Iпр.ср. < 10 А) и мощные
(мощност) диоди (Ipr.ср. ≥ 10 A). Диоди средни и
следователно високата мощност изисква отвеждане на топлината
имат конструктивни елементи за монтаж
към радиатора.

Параметри на токоизправителни диоди.

Параметрите на диодите включват
температурен диапазон на околната среда (за
силициеви диоди обикновено от -60 до +125 °C)
и максимална температура на кутията.
Сред токоизправителните диоди трябва да се обърне специално внимание
маркирайте Шотки диоди, създадени на базата
контакт метал-полупроводник и
характеризиращ се с по-висока работоспособност
честота (за 1 MHz и повече), ниска директна
спад на напрежението (по-малко от 0,6 V).

Волт-амперни характеристики

Характеристика ток-напрежение (волт-амперна характеристика)
изправителен диод може да бъде
представи графично. От графиката
Вижда се, че характеристиката ток-напрежение на устройството е нелинейна.
В началния квадрант на ток-напрежение
характеристики на прекия му клон
отразява най-високата проводимост
устройство, когато е свързано към него
директна потенциална разлика. Обратен
клон (трети квадрант) на характеристиката ток-напрежение отразява
ситуация с ниска проводимост. Това
възниква при обратната разлика
потенциали.
Реални токово-напреженови характеристики
подложени на температура. СЪС
директно повишаване на температурата
потенциалната разлика намалява.

Коефициент на коригиране

Коефициентът на коригиране може да бъде изчислен.
То ще бъде равно на съотношението на предния ток
устройство към обратното. Това изчисление е приемливо
за перфектното устройство. Значение
коефициентът на коригиране може да достигне
няколкостотин хиляди.
Колкото по-голямо е, толкова по-добре
токоизправителя си върши работата
работа.

Мостови схеми за превключване на диоди.

Диоден мост - електрическа верига,
предназначени за преобразуване
("поправка") редуващи се
ток в пулсиращ. Това изправяне
наречен пълновълнов.
Нека подчертаем две възможности за включване на мостове
схеми:
1. Еднофазен
2. Трифазен.

Еднофазна мостова верига.

На входа на веригата се подава променливо напрежение (за простота ще
считайте за синусоидален), във всеки от полупериодите токът
преминава през два диода, другите два диода са затворени
Положителна полувълнова корекция
Отрицателна полувълнова корекция

резултатът от такава трансформация на изхода на мостовата верига
резултатът е пулсиращо напрежение два пъти по-голямо от честотата
входен волтаж.
IN
а) първоначално напрежение (входно напрежение), б)
полувълнова корекция, в) пълновълнова
изправяне

Трифазна мостова верига.

В резултат на трифазен токоизправител мостова верига
изходното напрежение се получава с по-малко пулсации от
в еднофазен токоизправител.

Шотки диоди

Диодите на Шотки се произвеждат с помощта на преход метал-полупроводник.
В този случай субстрати, направени от n-силиций с ниско съпротивление (или
силициев карбид) с тънък епитаксиален слой с високо съпротивление
същото като полупроводник.
UGO и диодна структура на Шотки:
1 – начален силициев кристал с ниско съпротивление
2 – епитаксиален слой с високо съпротивление
‖
‖‖‖
Силиций
‖‖‖
3 – област на пространствен заряд
4 – метален контакт

Раздели: Физика, Конкурс "Презентация към урока"

Презентация към урока

Назад напред

внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представят всички характеристики на презентацията. Ако си заинтересован тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Урок в 10 клас.

Предмет: Р-И н- видове. Полупроводников диод. Транзистори."

Цели:

образователен: да се формира представа за свободните носители на електрически заряд в полупроводниците в присъствието на примеси от гледна точка на електронната теория и въз основа на тези знания да се установи физическата същност на p-n прехода; научете учениците да обясняват работата на полупроводникови устройства, въз основа на познаване на физическата същност на pn прехода;
развиващи се: развиват физическото мислене на учениците, способността за самостоятелно формулиране на заключения, разширяване на познавателния интерес, когнитивната активност;
образователен: да продължи формирането на научния мироглед на учениците.

Оборудване: презентация по темата:„Полупроводници. Електрически ток през полупроводников контакт Р-И н- видове. Полупроводников диод. Транзистор”, мултимедиен проектор.

По време на часовете

I. Организационен момент.

II. Учене на нов материал.

Слайд 1.

Слайд 2. Полупроводник –вещество, в което съпротивлението може да варира в широк диапазон и намалява много бързо с повишаване на температурата, което означава, че електрическата проводимост (1/R) се увеличава.

Наблюдава се в силиций, германий, селен и в някои съединения.

Слайд 3.

Механизъм на проводимост в полупроводниците

Слайд 4.

Полупроводниковите кристали имат атомна кристална решетка, където външната Слайд 5.електроните са свързани със съседни атоми чрез ковалентни връзки.

При ниски температури чистите полупроводници нямат свободни електрони и се държат като изолатори.

Полупроводниците са чисти (без примеси)

Ако полупроводникът е чист (без примеси), тогава той има собствена проводимост, която е ниска.

Има два вида присъща проводимост:

Слайд 6. 1) електронен ("n" тип проводимост)

При ниски температури в полупроводниците всички електрони са свързани с ядрата и съпротивлението е високо; С повишаване на температурата кинетичната енергия на частиците се увеличава, връзките се разпадат и се появяват свободни електрони - съпротивлението намалява.

Свободните електрони се движат обратно на вектора на напрегнатост на електрическото поле.

Електронната проводимост на полупроводниците се дължи на наличието на свободни електрони.

Слайд 7.

2) дупка (проводимост "p" тип)

С повишаване на температурата ковалентните връзки между атомите, осъществявани от валентни електрони, се разрушават и се образуват места с липсващ електрон – „дупка“.

Може да се движи в целия кристал, т.к мястото му може да бъде заменено от валентни електрони. Преместването на „дупка“ е еквивалентно на преместването на положителен заряд.

Дупката се движи по посока на вектора на напрегнатостта на електрическото поле.

В допълнение към нагряването, разкъсването на ковалентните връзки и появата на присъща проводимост в полупроводниците може да бъде причинено от осветяване (фотопроводимост) и действието на силни електрически полета. Следователно полупроводниците също имат дупкова проводимост.

Общата проводимост на чист полупроводник е сумата от проводимостта от типа "p" и "n" и се нарича електро-дупкова проводимост.

Полупроводници с примеси

Такива полупроводници имат собствена + примесна проводимост.

Наличието на примеси значително увеличава проводимостта.

Когато концентрацията на примесите се промени, броят на носителите на електрически ток - електрони и дупки - се променя.

Способността да се контролира тока е в основата широко приложениеполупроводници.

съществуват:

Слайд 8. 1) донорни примеси (даряване)– са допълнителни доставчици на електрони за полупроводникови кристали, лесно се отказват от електрони и увеличават броя на свободните електрони в полупроводника.

Слайд 9.Това са диригентите "n" – тип, т.е. полупроводници с донорни примеси, където основният носител на заряд са електрони, а малцинственият носител на заряд са дупки.

Такъв полупроводник има електропроводимост на примеси.Например арсен.

Слайд 10. 2) акцепторни примеси (получаване)– създават „дупки“, поемайки електрони в себе си.

Това са полупроводници "p" - тип, т.е. полупроводници с акцепторни примеси, където основният носител на заряд са дупки, а малцинственият носител на заряд са електрони.

Такъв полупроводник има проводимост на примеси на дупки. Слайд 11.Например индий. Слайд 12.

Нека да разгледаме какви физически процеси се случват, когато два полупроводника влязат в контакт различни видовепроводимост, или, както се казва, в p-n прехода.

Слайд 13-16.

Електрически свойства на p-n прехода

"p-n" преход (или преход електрон-дупка) е зоната на контакт на два полупроводника, където проводимостта се променя от електронна към дупка (или обратно).

Такива области могат да бъдат създадени в полупроводников кристал чрез въвеждане на примеси. В контактната зона на два полупроводника с различна проводимост ще се извърши взаимна дифузия. електрони и дупки и се образува блокиращ електрически слой. Електрическото поле на блокиращия слой предотвратява по-нататъшното преминаване на електрони и дупки през границата. Блокиращият слой има повишена устойчивост в сравнение с други области на полупроводника.

Външното електрическо поле влияе на съпротивлението на бариерния слой.

В предната (през) посока на външното електрическо поле електрическият ток преминава през границата на два полупроводника.

защото електрони и дупки се движат един към друг към интерфейса, след което електроните, пресичайки границата, запълват дупките. Дебелината на бариерния слой и неговата устойчивост непрекъснато намаляват.

Паспорт p-n режимпреход:

Когато външното електрическо поле е в блокираща (обратна) посока, електрически ток няма да премине през контактната зона на два полупроводника.

защото Тъй като електроните и дупките се движат от границата в противоположни посоки, блокиращият слой се удебелява и съпротивлението му се увеличава.

Режим на блокиране p-n преход:

По този начин преходът електрон-дупка има еднопосочна проводимост.

Полупроводникови диоди

Полупроводник с един p-n преход се нарича полупроводников диод.

- Момчета, запишете го нова тема: "Полупроводников диод."
"Какъв идиот има?", попита Васечкин с усмивка.
- Не идиот, а диод! – учителят отговори: „Диод, което означава, че има два електрода, анод и катод.“ Разбираш ли?
„И Достоевски има такова произведение - „Идиотът“, настоя Васечкин.
- Да, има и какво от това? Вие сте в час по физика, а не по литература! Моля, не бъркайте повече диод с идиот!

Слайд 17–21.

Когато електрическо поле е приложено в една посока, съпротивлението на полупроводника е голямо, в обратна посока съпротивлението е малко.

Полупроводниковите диоди са основните елементи на AC токоизправителите.

Слайд 22–25.

Транзисторисе наричат полупроводникови устройства, предназначени да усилват, генерират и преобразуват електрически трептения.

Полупроводникови транзистори - използват се и свойствата на "p-n" преходите - транзисторите се използват в схемата на радиоелектронни устройства.

Голямото „семейство“ от полупроводникови устройства, наречени транзистори, включва два типа: биполярни и полеви. Първият от тях, за да се разграничат по някакъв начин от втория, често се наричат обикновени транзистори. Биполярните транзистори са най-широко използвани. Вероятно ще започнем с тях. Терминът "транзистор" се образува от две английски думи: трансфер - преобразувател и резистор - съпротивление. В опростена форма, биполярният транзистор е полупроводникова пластина с три (както в слоеста торта) редуващи се области с различна електрическа проводимост (фиг. 1), които образуват две p–n преходи. Двете крайни области имат електропроводимост от един тип, средната има електропроводимост от друг тип. Всяка област има свой собствен контактен щифт. Ако електрическата проводимост на отворите преобладава във външните области и електронната проводимост в средата (фиг. 1, а), тогава такова устройство се нарича транзистор на структурата p – n – p. Транзистор с n – p – n структура, напротив, има области с електронна проводимост по ръбовете, а между тях има област с проводимост на дупки (фиг. 1, b).

Когато се прилага към основата на транзистора тип n-p-nКогато се приложи положително напрежение, той се отваря, т.е. съпротивлението между емитера и колектора намалява, но когато се приложи отрицателно напрежение, напротив, затваря се и колкото по-силен е токът, толкова повече се отваря или затваря. За транзистори p-n-p структуритова е обратното.

Основата на биполярен транзистор (фиг. 1) е малка плоча от германий или силиций с електронна или дупкова електрическа проводимост, т.е. n-тип или p-тип. Топки от примесни елементи са разтопени върху повърхността на двете страни на плочата. При нагряване до строго определена температура се получава дифузия (проникване) на примесни елементи в дебелината на полупроводниковата пластина. В резултат на това в дебелината на плочата се появяват две области, противоположни на нея по електропроводимост. Плоча от германий или силиций от p-тип и създадените в нея области от n-тип образуват транзистор на структурата n-p-n (фиг. 1, а), а плоча от n-тип и създадените в нея области от p-тип образуват транзистор на p-n-p структурата (фиг. 1, b ).

Независимо от структурата на транзистора, неговата плоча на оригиналния полупроводник се нарича база (B), областта с по-малък обем, противоположна на нея по отношение на електрическата проводимост, е емитер (E), а друга подобна област с по-голям обем е колектора (K). Тези три електрода образуват два p-n прехода: между основата и колектора - колектора, и между основата и емитера - емитера. Всеки от тях е подобен по своите електрически свойства на p-n преходите на полупроводникови диоди и се отваря при същите предни напрежения в тях.

Конвенционалните графични означения на транзистори с различни структури се различават само по това, че стрелката, символизираща емитера и посоката на тока през емитерния преход, за p-n-p транзистор е обърната към основата, а за n-p-n транзистор е обърната встрани от основата.

Слайд 26–29.

III. Първична консолидация.

Какви вещества се наричат полупроводници?
Какъв вид проводимост се нарича електронна?
Каква друга проводимост се наблюдава в полупроводниците?
За какви примеси вече знаете?
Какъв е пропускателният режим на p-n преход?
Какъв е режимът на блокиране на p-n преход?
Какви полупроводникови устройства познавате?
Къде и за какво се използват полупроводникови устройства?

IV. Затвърдяване на наученото

Как се променя съпротивлението на полупроводниците при нагряване? Под осветление?
Ще бъде ли силицийът свръхпроводим, ако се охлади до температура, близка до абсолютната нула? (не, устойчивостта на силиций се увеличава с понижаване на температурата).

Подобни документи

Токово-напреженови характеристики на диода, неговите изправителни свойства, характеризиращи се със съотношението на обратното съпротивление към предното съпротивление. Основни параметри на ценеровия диод. Отличителна чертатунелен диод. Използване на LED като индикатор.

лекция, добавена на 04.10.2013 г

Изправителни диоди на Шотки. Време за презареждане на капацитета на бариерата на прехода и съпротивлението на диодната основа. I-V характеристики на 2D219 силициев диод на Шотки при различни температури. Импулсни диоди. Номенклатура компонентидискретни полупроводникови устройства.

резюме, добавено на 20.06.2011 г

Основни предимства на оптоелектронните прибори и устройства. Основна задача и материали на фотодетекторите. Механизми за генериране на незначителни носители в областта на пространствения заряд. Дискретни МПД фотодетектори (метал - диелектрик - полупроводник).

резюме, добавено на 12/06/2017

Главна информацияотносно полупроводниците. Устройства, чиято работа се основава на използването на свойствата на полупроводниците. Характеристики и параметри на токоизправителни диоди. Параметри и предназначение на ценерови диоди. Токово напрежение на тунелен диод.

резюме, добавено на 24.04.2017 г

Физически основи на полупроводниковата електроника. Повърхностни и контактни явления в полупроводниците. Полупроводникови диоди и резистори, фотоволтаични полупроводникови устройства. Биполярни и полеви транзистори. Аналогови интегрални схеми.

урок, добавен на 06.09.2017 г

Токоизправителни диоди. Работни параметри на диода. Еквивалентна схема на токоизправителен диод за работа при свръхвисоки честоти. Импулсни диоди. Ценерови диоди (референтни диоди). Основни параметри и вольтамперни характеристики на ценеровия диод.

Електропроводимост на полупроводници, действие на полупроводникови прибори. Рекомбинация на електрони и дупки в полупроводник и тяхната роля при установяване на равновесни концентрации. Нелинейни полупроводникови резистори. Горни разрешени енергийни ленти.

лекция, добавена на 04.10.2013 г

Токово напрежение на тунелен диод. Описания на варикап, който използва капацитета на p-n преход. Изследване на режимите на работа на фотодиода. Светодиодите са преобразуватели на енергията на електрическия ток в енергия на оптичното излъчване.

презентация, добавена на 20.07.2013 г

Определяне на стойността на съпротивлението на ограничителния резистор. Изчисляване на напрежението на отворена верига на диодния преход. Температурна зависимост на проводимостта на примесен полупроводник. Разглеждане на структурата и принципа на действие на диоден тиристор.

тест, добавен на 26.09.2017

Групи полупроводникови резистори. Варистори, волтова нелинейност. Фоторезисторите са полупроводникови устройства, които променят съпротивлението си под въздействието на светлинния поток. Максимум спектрална чувствителност. Планарни полупроводникови диоди.

1 от 16

Презентация по темата:Диод

Слайд №1

Описание на слайда:

Слайд № 2

Описание на слайда:

Слайд №3

Описание на слайда:

Тунелен диод. Първата работа, потвърждаваща реалността на създаването на тунелни устройства, беше посветена на тунелен диод, наричан още диод Esaki и публикуван от L. Esaki през 1958 г. Esaki, в процеса на изследване на емисиите на вътрешното поле в изроден германиев p-n преход, откри „аномална“ характеристика на тока и напрежението: диференциалното съпротивление в една от секциите на характеристиката беше отрицателно. Той обясни този ефект с помощта на концепцията за квантово-механичното тунелиране и в същото време получи приемливо съгласие между теоретичните и експерименталните резултати.

Слайд № 4

Описание на слайда:

Тунелен диод. Тунелният диод е полупроводников диод, базиран на p+-n+ преход със силно легирани области, в прякото сечение на ток-напреженовата характеристика на който се наблюдава n-образна зависимост на тока от напрежението. Както е известно, в полупроводниците с висока концентрация на примеси се образуват примесни енергийни ленти. При n-полупроводниците такава лента се припокрива с зоната на проводимост, а при p-полупроводниците - с валентната зона. В резултат на това нивото на Ферми в n-полупроводниците с висока концентрация на примеси е над нивото Ec, а в p-полупроводниците под нивото Ev. В резултат на това в енергийния интервал DE=Ev-Ec всяко енергийно ниво в зоната на проводимост на n-полупроводника може да съответства на същото енергийно ниво зад потенциалната бариера, т.е. във валентната зона на p-полупроводник.

Слайд № 5

Описание на слайда:

Тунелен диод. По този начин частиците в n и p полупроводниците с енергийни състояния в рамките на DE интервала са разделени от тясна потенциална бариера. Във валентната зона на p-полупроводник и в зоната на проводимост на n-полупроводник някои от енергийните състояния в DE диапазона са свободни. Следователно, през такава тясна потенциална бариера, от двете страни на която има незаети енергийни нива, е възможно тунелно движение на частиците. Когато се приближават до бариерата, частиците изпитват отражение и в повечето случаи се връщат обратно, но все още има вероятност да се открие частица зад бариерата; в резултат на тунелния преход плътността на тунелния ток j t0 също е различна от нула. Нека изчислим геометричната ширина на изроденото p-n съединение. Ще приемем, че в този случай асиметрията на p-n прехода е запазена (p+ е по-силно легирана област). Тогава ширината на p+-n+ прехода е малка: Ще оценим дължината на вълната на Де Бройл на електрона от прости отношения:

Слайд № 6

Описание на слайда:

Тунелен диод. Геометричната ширина на прехода p+-n+ се оказва сравнима с дължината на вълната на де Бройл на електрона. В този случай при изроден p+-n+ преход може да се очаква проява на квантово-механични ефекти, един от които е тунелиране през потенциална бариера. При тясна преграда вероятността от просмукване на тунела през преградата е различна от нула!!!

Слайд № 7

Описание на слайда:

Тунелен диод. Токове в тунелен диод. При равновесие общият ток през прехода е нула. Когато се приложи напрежение към прехода, електроните могат да тунелират от валентната лента към проводимата лента или обратно. За да протича тунелен ток, трябва да бъдат изпълнени следните условия: 1) енергийни състоянияот страната на кръстовището, откъдето трябва да се запълни тунелът с електрони; 2) от другата страна на прехода енергийните състояния със същата енергия трябва да са празни; 3) височината и ширината на потенциалната бариера трябва да са достатъчно малки, за да има крайна вероятност за тунелиране; 4) квазиимпулсът трябва да се запази. Тунелен диод.swf

Слайд № 8

Описание на слайда:

Тунелен диод. Като параметри се използват напрежения и токове, които характеризират специални точки на характеристиката ток-напрежение. Пиковият ток съответства на максималната характеристика ток-напрежение в областта на тунелния ефект. Voltage Up съответства на тока Ip. Долинните токове Iв и Uв характеризират ток-напрежението в областта на минимума на тока. Напрежението на разтвора Upp съответства на текущата стойност Iп на дифузионния клон на характеристиката. Падащият участък на зависимостта I=f(U) се характеризира с отрицателно диференциално съпротивление rД= -dU/dI, чиято стойност може да се определи с известна грешка по формулата

Слайд № 9

Описание на слайда:

Обърнати диоди. Нека разгледаме случая, когато енергията на Ферми в електронните и дупковите полупроводници съвпада или е на разстояние ± kT/q от дъното на зоната на проводимост или горната част на валентната зона. В този случай характеристиките ток-напрежение на такъв диод при обратно отклонение ще бъдат точно същите като тези на тунелен диод, т.е. с увеличаване на обратното напрежение ще има бързо увеличение на обратния ток. Що се отнася до тока при преднапрежение, тунелният компонент на характеристиката ток-напрежение ще отсъства напълно поради факта, че няма напълно запълнени състояния в зоната на проводимост. Следователно, когато насочвате такива диоди към напрежения, по-големи или равни на половината от ширината на лентата, няма да има ток. От гледна точка на токоизправителен диод, характеристиката ток-напрежение на такъв диод ще бъде обратна, тоест ще има висока проводимост с обратно отклонение и ниска с право отклонение. В тази връзка тунелните диоди от този тип се наричат обратни диоди. По този начин обратният диод е тунелен диод без секция с отрицателно диференциално съпротивление. Високата нелинейност на характеристиката ток-напрежение при ниски напрежения близо до нула (от порядъка на микроволта) позволява този диод да се използва за откриване слаби сигналив микровълновия диапазон.

Слайд №10

Описание на слайда:

Преходни процеси. С бързи промени в напрежението в основата на полупроводников диод редовен p-nпреход, стойността на тока през диода, съответстваща на статичната характеристика ток-напрежение, не се установява веднага. Процесът на установяване на ток по време на такива превключвания обикновено се нарича преходен процес. Преходните процеси в полупроводниковите диоди са свързани с натрупването на незначителни носители в основата на диода, когато той е директно включен и тяхната резорбция в основата с бърза промяна на полярността на напрежението върху диода. Тъй като в основата на конвенционален диод няма електрическо поле, движението на малцинствените носители в основата се определя от законите на дифузията и се извършва сравнително бавно. В резултат на това кинетиката на натрупване на носители в основата и тяхната резорбция влияят върху динамичните свойства на диодите в режим на превключване. Нека разгледаме промените в тока I, когато диодът превключва от напрежение U към обратно напрежение.

Слайд №11

Описание на слайда:

Преходни процеси. В стационарния случай стойността на тока в диода се описва с уравнението След приключване на преходните процеси стойността на тока в диода ще бъде равна на J0. Нека разгледаме кинетиката на преходния процес, тоест промяната ток p-nпреход при превключване от предно напрежение към обратно. Когато диодът е предубеден на базата на асиметричен pn преход, в основата на диода се инжектират неравновесни дупки. Описана е промяната във времето и пространството на неравновесно инжектирани отвори в основата. уравнение на непрекъснатост:

Слайд №12

Описание на слайда:

Преходни процеси. В момент t = 0 разпределението на инжектираните носители в основата се определя от уравнението на дифузията и има формата: От общи разпоредбиясно е, че в момента напрежението в диода преминава от директно към реципроченобратният ток ще бъде значително по-голям от топлинния ток на диода. Това ще се случи, защото обратният ток на диода се дължи на дрейфовата компонента на тока, а стойността му от своя страна се определя от концентрацията на незначителни носители. Тази концентрация е значително увеличена в основата на диода поради инжектирането на дупки от емитера и се описва в началния момент със същото уравнение.

Слайд №13

Описание на слайда:

Преходни процеси. С течение на времето концентрацията на неравновесни носители ще намалее и следователно обратният ток също ще намалее. По време на време t2, наречено време за възстановяване на обратното съпротивление или време на резорбция, обратният ток ще достигне стойност, равна на топлинния ток. За да опишем кинетиката на този процес, записваме граничните и началните условия за уравнението на непрекъснатостта в следната форма. В момент t = 0 уравнението за разпределението на инжектираните носители в основата е валидно. Когато в даден момент се установи стационарно състояние, стационарното разпределение на неравновесните носители в основата се описва със съотношението:

Слайд №14

Описание на слайда:

Преходни процеси. Обратният ток се причинява само от дифузията на дупки към границата на областта на пространствения заряд на p-n прехода: Процедурата за намиране на кинетиката на обратния ток е следната. С отчитане на граничните условия се решава уравнението на непрекъснатостта и се намира зависимостта на концентрацията на неравновесни носители в основата p(x,t) от времето и координатите. Фигурата показва координатните зависимости на концентрацията p(x,t) в различни времена. Координатни зависимости на концентрацията p(x,t) в различни времена

Слайд №15

Описание на слайда:

Преходни процеси. Замествайки динамичната концентрация p(x,t), намираме кинетичната зависимост на обратния ток J(t). Зависимостта на обратния ток J(t) има следната форма: Ето допълнителна функция на разпределение на грешката, равна на Първото разширение на допълнителната функция на грешка има формата: Нека разширим функцията в серия в случаите на малки и големи пъти: t > p. Получаваме: От тази връзка следва, че в момента t = 0 величината на обратния ток ще бъде безкрайно голяма. Физическото ограничение за този ток ще бъде максималният ток, който може да протича през омичното съпротивление на диодната основа rB при обратно напрежение U. Стойността на този ток, наречена ток на прекъсване Jav, е равна на: Jav = U/rB. Времето, през което обратният ток е постоянен, се нарича време на прекъсване.

Слайд №16

Описание на слайда:

Преходни процеси. За импулсните диоди времето на изключване τav и времето за възстановяване τv на обратното съпротивление на диода са важни параметри. Има няколко начина за намаляване на тяхната стойност. Първо, възможно е да се намали продължителността на живота на неравновесните носители в диодната основа чрез въвеждане на центрове за дълбока рекомбинация в квазинеутралния обем на основата. Второ, можете да направите основата на диода тънка, така че неравновесните носители да се рекомбинират от задната страна на основата perpr_pn.swf Зависимост на обратния ток от времето при превключване на диода

У дома » Инвестиции » Изтегляне на презентация за диоди. Презентация "Преход електрон-дупка. Транзистор" презентация за урок по физика (10 клас) по темата. Видове устройства и техните обозначения