Курсовая работа: Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

И – туннельные диоды;

Ф – фотодиоды;

Л – светодиоды;

Ц – выпрямительные столбы и блоки.

III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам (приведены в таблице 1).

IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки

Рисунок 1 – Условное графическое обозначение

Таблица 1. Кодовая маркировка полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 10862-72

1-й элемент	Исходный материал	2-й элемент	Подкласс прибора	3-й элемент	Группа внутри подкласса
Г или 1	Германий	Д	Выпрямительные диоды	101-399	Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
К или 2	Кремний	201-299	Диоды выпрямительные средней мощности (0,3
А или 3	Арсенид галлия или другие соединения галлия	301-399	Импульсные
		401-499	Диоды импульсные с временем восстановления (tвос.обр.>150 нс)
		501-599	Диоды импульсные с временем восстановления 30 нс
		601-699	Диоды импульсные с временем восстановления 5 нс
		701-799	Диоды импульсные с временем восстановления 1 нс
		801-899	Диоды импульсные с временем восстановления <1 нс
Ц	Выпрямительные столбы и блоки	101-199	Выпрямительные столбы малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
		201-299	Выпрямительные столбы средней мощности (0,3
		301-399	Выпрямительные блоки малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
		401-499	Выпрямительные блоки средней мощности (0,3
А	Сверхвысокочастотные диоды	101-199	Смесительные
		201-299	Детекторные
		301-399	Модуляторные
		401-499	Параметрические
		501-599	Регулирующие
		601-699	Умножительные
		701-799	Генераторные
B	Варикапы	101-199	Подстроечные
		201-299	Умножительные
И	Диоды туннельные и обращенные	101-199	Усилительные
		201-299	Генераторные
		301-399	Переключающие
		401-499	Обращенные
С	Стабилитроны и стабисторы	201-299	Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 10 до 99 В
		301-399	Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 100 до 199 В
		401-499	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 0,1 до 9,9 В
		501-599	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) 10 от до 99 В
		601-699	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 100 до 199 В
		701-799	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 0,1 до 9,9 В
		801-899	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 10 до 99В
		901-999	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 100 до 199В
Л	Излучатели	101-199	Инфракрасного излучения
		201-299	Видимого излучения с яркостью менее 500 кд/м2
		301-399	Видимого излучения с яркостью более 500 кд/м2
Н	Динисторы	101-199	Динисторы малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
		201-299	Динисторы средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А
У	Тиристоры	101-199	Тиристоры малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
		201-299	Тиристоры средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А
		301-399	Запираемые тиристоры малой мощности с запираемым током менее 0,З А
		401-499	Запираемые тиристоры средней мощности с запираемым током от 0,3 до 10 А
		501-599	Симисторы малой .мощности с действующим током до 0,3 А
		601-699	Симисторы средней мощности с действующим током от 0,3 до 10 А

3. Общий принцип действия

В полупроводнике n-типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (n_n >> n_p ). В полупроводнике p-типа основными носитялеми являются дырки (n_p >> n_n ). При контакте двух полупроводников n- и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис.1). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между p- и n-областями запирающее напряжение Uз, приблизительно равное 0,35 В для германиевых n–p-переходов и 0,6 В для кремниевых.

n–p-переход обладает удивительным свойством односторонней проводимости.

Рисунок 1 - Образование запирающего слоя при контакте полупроводников p- и n-типов.

4. Конструкция полупроводниковых диодов

Основой плоскостных и точечных диодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называется базой транзистора. База припаивается к металлической пластинке, которая называется кристаллодержателем.

Для плоскостного диода на базу накладывается материал акцепторной примеси и в вакуумной печи при высокой температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцепторной примеси в базу диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости и p-n переход большой плоскости (отсюда название). Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом (рис. 2).

Рисунок 2

Большая плоскость p-n перехода плоскостных диодов позволяет им работать при больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными.

Точечные диоды.

Рисунок 3

К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами акцепторной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А. В точке разогрева атомы акцепторной примеси переходят в базу, образуя p-область (рис. 4).

Рисунок 4

Получается p-n переход очень малой площади. За счёт этого точечные диоды будут высокочастотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер).

Микросплавные диоды.

Их получают путём сплавления микрокристаллов полупроводников p- и n- типа проводимости. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по своим параметрам – точечные.

5. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов