Напівпровідниковий діод і стабілітрон

Напівпровідниковим діодом називають напівпровідниковий прилад з одним р-n-переходом і двома виводами.

Класифікують діоди за такими ознаками:

- основним напівпровідниковим матеріалом: кремнієві, германієві, арсенід-галієві;

- фізичною природою процесів: фотодіоди, світлодіоди та ін.;

- призначенням: випрямні, імпульсні, стабілітрони;

- технологією виготовлення: сплавні, дифузійні та ін.;

- типом переходу: точкові і площинні.

На електричних схемах напівпровідниковий діод зображається так, як показано на рисунку 1 і позначається VD.

                                                              Рисунок 1                                                         Рисунок 2

Найважливішою характеристикою діода, яка наочно ілюструє його властивості, є його вольт-амперна характеристика. Якщо до р-n-переходу прикласти напругу у прямому напрямі (рис. 2), діод відкриється і виникне відносно великий струм. Залежність між прямою напругою і прямим струмом зображується прямою гілкою вольт-амперної характеристики. Пряма напруга на діоді становить близько 0,7 В для кремнієвого і близько 0,3 В для германієвого діодів.

Якщо прикласти напругу зворотної полярності UЗВ, то діод закривається і в ньому спостерігається дуже малий зворотний струм IЗВ. Цей струм майже не залежить від зворотної напруги, що зображається зворотною віткою вольт-амперної характеристики.

Випрямні діоди призначені для перетворення змінного струму в пульсуючий струм однієї полярності в некерованих випрямлячах, в яких використовується властивість однобічної провідності діода.

Стабілітрон — це напівпровідниковий діод (рис. 3), принцип роботи якого ґрунтується на тому, що зворотна напруга на р-n-переході в діапазоні електричного пробою майже не змінюється у разі значної зміни струму. На електронних схемах стабілітрон зображується так, як показано на рисунку 3,а.

                                                              Рисунок 3                                                                     Рисунок 4

Явище електричного пробою р-n-переходу полягає в тому, що у випадку збільшення зворотної напруги на р-n-переході до деякого значення UCT неосновні носії заряду набувають енергію, достатню для ударної іонізації атомів напівпровідника. У р-n-переході починається лавиноподібна генерація носіїв заряду — електронів і дірок, що спричиняє різке зростання зворотного струму через р-n-перехід за умови майже незмінної зворотної напруги. Робочою ділянкою є ділянка зворотної вітки характеристики р-n-переходу (a – b на рис. 3). До джерела напруги стабілітрон вмикається у зворотному напрямі послідовно з баластним резистором Rб, який призначений для обмеження струму у колі (рис. 4).

Стабілітрони застосовуються у схемах стабілізаторів напруги і струму, у стабілізованих джерелах напруги, а також для побудови обмежувачів напруги.

Основні параметри діодів:

1. Максимально допустимий середній випрямлений струм.

2. Номінальний зворотній струм.

3. Максимально допустима стала зворотна напруга.

4. Стала пряма напруга.

5. Імпульсна зворотна напруга.

6. Середній прямий струм.

7. Потужність розсіювання.

8. Залежність середнього струму від частоти сигналу.

9. Вольт-амперна характеристика.

Основні параметри стабілітронів:

1. Мінімальний струм стабілізації.

2. Максимальний струм стабілізації.

3. Напруга стабілізації.

4. Максимально допустима потужність розсіювання.

5. Диференціальний опір.

6. Вольт-амперна характеристика.