Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

При установившемся режиме через я-р-переход могут диф­ фундировать только те основные носители заряда, которые обла­ дают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера. При отсутствии внешнего электрического поля основ­ ные носители заряда образуют диффузионный ток £д. Диффузи­ онный ток компенсируется встречным током, образуемым неос­ новными носителями заряда и называемым током проводи­ мости Znp. При £д= inp наступает состояние равновесия.

Подведем к полупроводнику от внешнего источника питания напряжение (рис. 88). Напряжение, приложенное положитель­

(рис. 89), приложенное к тем же областям, называется обратным. Прямое напряжение создает в я-р-переходе ускоряющее

заряда перемещаются к я-р-переходу из своих областей на­ встречу друг другу, пополняя пограничные области 1п и 1р. Ши­ рина я-р-перехода, а следовательно, и потенциальный барьер уменьшаются от величины иа до величины и'П (рис. 88, в). Умень­

шается сопротивление я-р-перехода для основных носителей заряда, вследствие чего их поток будет преобладать над пото-

95

ком неосновных носителей заряда. Результирующий ток, проте­ кающий через я-р-переход и создаваемый движением основных носителей заряда, называется прямым током. Изменяя вели­ чину внешнего напряжения U, можно регулировать прямой ток через я-р-переход.

При подведении к полупроводнику обратного напряжения (рис. 89) в я-p-переходе создается тормозящее электрическое поле для основных носителей заряда. Преобладающим стано­ вится поток неосновных носителей заряда, для которых это же электрическое поле является ускоряющим. Создаваемый движе­ нием неосновных носителей заряда при действии внешнего источ­ ника питания ток называется обратным током. Количество неос­ новных'носителей заряда в полупроводнике ничтожно мало, и величина обратного тока мала и незначительно зависит от вели­ чины обратного напряжения.

Таким образом, полупроводник с электронно-дырочным пере­ ходом пропускает ток преимущественно в одном направлении, т. е., как и двухэлектродная лампа, обладает односторонней про­ водимостью. Это свойство полупроводников используется в по­ лупроводниковых диодах.

§ 2. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный прибор с одним или несколькими я-р-переходами, заключенный в герметический корпус и имеющий два металли­ ческих вывода для включения в цепь.

В зависимости от способа образования я-р-перехода полу­ проводниковые диоды бывают точечные и плоскостные.

с острым концом. В определенной точке кристалла острый конец проволочки устанавливают под небольшим давлением, а затем через образовавшийся контакт пропускают импульс тока элек­ тросварки. При этом расплавляется часть кристалла и часть проволоки. В кристаллической решетке полупроводника появля­

проводимостью наплавляют каплю индия 2. Атомы индия про­ никают в глубь германиевой пластины и создают в ней область с дырочной проводимостью 3. ~

Конструкции точечного и плоскостного полупроводниковых диодов показаны на рис. 92 и 93.

Принцип действия полупроводникового диода . основан на рассмотренном выше свойстве односторонней проводимости

96

5

Рис. 92. Устройство точечного диода:

1 и 5 — выводы; 2 и 4 — металлические фланцы; 3 — ке­ рамическая втулка; 6 — игла; 7 — кристалл германия; 8 — кристаллодержатель

Рис. 93. Устройство плоскостного диода:

n-д-перехода. При увеличении прямого напряжения п-р-пере- хода от нуля до значения +и (рис. 94) потенциальный барьер ип становится меньше, поток основных носителей заряда возрас­ тает, прямой ток tnp резко увеличивается. Этот процесс показан графически на рис. 94 кривой OD вольт-амперной характерис­ тики полупроводникового диода ABCOD. Если к /г-р-переходу приложить обратное напряжение и0бр, то его увеличение от нуля до значения «0бр ведет к увеличению потенциального барьера ип, т. е. к увеличению сопротивления для основных носителей за­ ряда. Прямой ток 1Пр практически прекращается, а обратный

Рис. 94. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

ток г'обр возрастает незначительно, так как количество неоснов­ ных носителей зарядов в полупроводнике ничтожно (кри­ вая ОБ). При значении—и'0бр обратный ток достигает значения тока насыщения is (точка С). С дальнейшим увеличением обрат­ ного напряжения возникает пробой гс-р-перехода и ток в цепи полупроводникого диода резко возрастает (участок кривой ВА). При этом происходит разрушение ковалентных связей атомов и резкое возрастание количества неосновных носителей заряда, ускоряемых электрическим полем. Пробой наступает и при рез­ ком увеличении температуры, когда диод может расплавиться. При пробое свойство односторонней проводимости полупровод­ никового диода нарушается. Поэтому следует выдерживать определенный температурный режим работы и следить за пра­ вильностью включения полупроводникового диода в электриче­ скую црпь в соответствии с его полярностью. Полярность диода показывается на его выводах или на корпусе условным обозна­ чением (рис. 92).

Параметрами полупроводникового диода являются:

— inp — величина прямого тока при прямом напряжении ипр= 1 В;

98

—«обр — наибольшее допустимое обратное напряжение, ве­

личина которого принимается равной 80% величины напряже­

ния «проб, при котором происходит пробой полупроводникового диода;

— *обр — величина обратного тока при данном обратном напряжении «0бр;

— ^пдопС — допустимая температура д-р-перехода, при кото­ рой полупроводниковый диод еще сохраняет способность одно­ сторонней проводимости;

—/пред — предельная частота, при превышении которой эф­

фективность диода выпрямлять переменный ток резко падает;

— Рцоп — допустимая мощность, которую можно длительное время рассеивать без опасения перегрева диода.

Рис. 95. Условное обозначение полупроводниковых диодов:

а — полупроводниковый выпрямитель; б — варикап; в — туннельный диод; а — обращенный днод; д — полупроводниковый стабилитрон; е — полупроводниковый диод с температурной зависимостью; ж — фотодиод; з — тиристор

Как и двухэлектродная лампа, полупроводниковый диод при­ меняется в качестве выпрямителя переменного тока. В зависи­ мости от частоты и области применения существуют специаль­ ные типы полупроводниковых диодов. К ним относятся парамет­ рический диод (варикап), туннельный диод, обращенный диод, полупроводниковый стабилитрон, термистор, фотодиод, тири­ стор. Их условные обозначения показаны на рис. 95.

Параметрический диод (варикап) в различных электронных устройствах применяется в качестве управляемой емкости. По­ ясним его принцип действия с помощью эквивалентной схемы (рис. 96), в которой резистор Rn характеризует сопротивление п-р-перехода переменному току, емкость Сп — емкость пере­ хода, образованную объемными зарядами донорных и акцептор­ ных ионов при приложенном к переходу обратном напряжении, Сд — диффузионная емкость, определяемая суммарным зарядом