Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор, основу которого составляют области р-типа и п-типа, разделенные электронно-дырочным переходом.

Основным элементом диода является кристалл германия или кремния, в который с одной стороны вплавляется кусочек полупроводника , имеющий валентность на единицу больше, или меньше, чем у основного полупроводника, например, индия, сурьмы и др. На границе двух полупроводников возникает р-n-переход. Кристалл заключен в стеклянный или металлический корпус. К областям кристалла с разными типами проводимости присоединены выводы. На рис. 4 показано обозначение полупроводникового диода на схемах (направление стрелки показывает направление прямого тока через диод).

а б в

Рис. 4. Полупроводниковый диод ( а – обозначение на электрических схемах, б – внешний вид, в – устройство).

Зависимость силы тока, проходящего через диод, от напряжения называется вольтамперной характеристикой. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода представлена на рис. 5 и имеет прямую и обратную ветви. Обратный ток значительно меньше прямого при том же по величине напряжении и в меньшей степени зависит от напряжения. Кремниевые диоды имеют существенно меньшую величину обратного тока, чем германиевые, вследствие более низкой концентрации неосновных носителей.

Рис.5. Вольтамперная характеристика диода

Отношение прямого тока к обратному при одном и том же значении напряжения называется коэффициентом выпрямления. Сопротивление диода в прямом и обратном направлении можно найти из закона Ома. Поскольку вольтамперная характеристика диода является нелинейной, это говорит о том, что сопротивление р-п-перехода зависит от приложенного напряжения.

Полупроводниковый диод обладает емкостными свойствами, то есть способностью накапливать или отдавать заряд при увеличении или уменьшении приложенного напряжения. Поэтому важной характеристикой диода является электроемкость р-n-перехода, которая зависит от приложенного напряжения. Зависимость емкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой диода.

Если переменный синусоидальный ток пропустить через диод, то на выходе будет получен пульсирующий ток. Для того, чтобы сгладить пульсации и сделать ток непрерывным, используют ячейку, содержащую конденсатор и резистор, называемую сглаживающим фильтром ( рис. 6 ). Непрерывность тока в этом случае достигается разрядкой конденсатора в те интервалы времени, в которые ток на входе фильтра отсутствует.

а б в

Рис. 6. Выпрямление переменного тока с использованием сглаживающего фильтра

(а – диод пропускает пульсации тока одного направления и «обрезает» пульсации противоположного направления, б – ток идет через резистор и заряжает конденсатор, в – конденсатор разряжается через резистор в течение интервала времени, соответствующего «обрезанным» пульсациям и обеспечивает непрерывность тока).

Выпрямление переменного тока может осуществляться с использованием электронных ламп. Достоинствами полупроводниковых диодов являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокая экономичность. Существенным же недостатком полупроводниковых приборов является сильная зависимость их параметров от температуры.