Полупроводниковым диодомназывают полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.
Классификация и условные графические обозначения полупроводниковых диодов приведены на рис.1.
В точечном диоде используется пластинка германия или кремния с электропроводностью n-типа толщиной 0,1-0,6 мм и площадью 0,5-1,5 мм2; с пластинкой соприкасается заостренная стальная проволочка. На заключительной стадии изготовления в диоде создают большой ток (несколько ампер), стальную проволочку вплавляют в полупроводник n-типа, образуя область с электропроводностью p-типа. Из-за малой площади контакта прямой ток таких диодов сравнительно невелик. По той же причине у них мала и межэлектродная область, что позволяет применять эти диоды в области очень высоких частот(СВЧ-диоды). Точеные диоды используют в основном для выпрямления.
В плоскостных диодах p-n-переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причём площадь перехода у полупроводников различных типов лежит в пределах от сотых долей квадратного микрометра (микроплоскостные) диоды до нескольких квадратных сантиметров(силовые диоды).
Электрические характеристики плоскостного диода определяются характеристиками p-n-перехода.
Рассмотрим более подробно характеристики различных групп плоскостных диодов.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода, его условное графическое изображение и буквенное обозначение даны на рис.2. Основные параметры выпрямительного диода: предельно допустимый постоянный ток диода Iпр.max и максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max.
Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать 85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до 150°С. Для уменьшения разогрева мощных диодов прямым током принимают специальные меры для их охлаждения: монтаж на радиаторах, обдув и т. д.
Для получения более высокого обратного напряжения диоды можно включать последовательно. Для последовательного включения подходящими являются диоды с идентичными характеристиками. В настоящее время выпускаются так называемые диодные столбы, в которых соединены последовательно от 5 до 50 диодов. Обратное напряжение Uобр таких столбов лежит в пределах 2–40 кВ.
Более сложные соединения диодов имеют место в силовых диодных сборках. В них для увеличения прямого тока диоды соединяют параллельно, для увеличения обратного напряжения – последовательно и часто осуществляют соединения, облегчающие применение диодов в конкретных выпрямительных устройствах.
Полупроводниковый стабилитрон –полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока и который служит для стабилизации напряжения. Он представляет собой кремниевый диод, который нормально работает при электрическом пробое n-p-перехода. При этом напряжение на диоде незначительно зависит от протекающего тока. Электрический пробой не вызывает разрушения перехода, если ограничить ток до допустимой величины.
Основные параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст.ном, минимальный Icт.min и максимальный Iст.max токи стабилизации, максимальная мощность Pст.max. Важным параметром стабилитрона является температурный коэффициент напряжения ТКU , который показывает, на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры полупроводника на 1°С. Для большинства стабилитронов ТКU =(–0,05¸ +0,2)% /°С.
Стабилизацию постоянного напряжения можно получить с помощью диода, включенного в прямом направлении. Кремниевые диоды, предназначенные для этой цели, называют стабисторами.
Туннельный диод —полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперных характеристиках при прямом напряжении участка с отрицательной дифференциальной электрической проводимостью. Материалом для туннельных диодов служит сильнолегированный германий или арсенид галлия. Основными параметрами туннельного диода я вляются ток пика Iп и отношение тока пика к току впадины Iп/ Iв. Для выпускаемых диодов Iп=0.1¸1000 мА и Iп/ Iв=5¸20.
Туннельные диоды являются быстродействующими полупроводниковыми приборами и применяются в генераторах высокочастотных колебаний и импульсных переключателях.
Обращённый диод ––диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором электрическая проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.
Обращённые диоды представляют собой разновидность туннельных диодов, у которых ток пика Iпр=0. Если к обращённому диоду приложить прямое напряжение Uпр≤0,3 В, то ток диода Iпр≈0. В то время даже при небольшом обратном напряжении (порядка десятков милливольт) обратный ток достигает нескольких миллиампер. Таким образом, обращённые диоды обладают вентильными свойствами при малых напряжениях именно в той области, где выпрямительные диоды обычно вентильными свойствами не обладают. При этом направлением наибольшей проводимости является направление, соответствущее обратному току.
Варикап —полупроводниковый диод, в котором используется зависимость ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой ёмкостью.
Основными параметрами варикапа являются общая ёмкость Св, которая фиксируется обычно при небольшом обратном напряжении Uобр=2¸5 В, и коэффициент перекрытия по ёмкости Kc=Cmax/Cmin.Для большинства выпускаемых варикапов С=10¸500 пФ и Kc=5¸20.
Варикапы применяют в системах дистанционного управления и автоматической подстройки частоты и в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов.
