Сколько p n переходов имеет полупроводниковый диод

Полупроводниковый диоды, типы, характеристики

Диод — это двухполюсный электронный компонент, который имеет низкое сопротивление протеканию тока в одном направлении, что позволяет пропускать ток в одном направлении, тогда как в другом будет высокое сопротивление, что ограничивает протекание тока в этом направлении. Полупроводниковые диоды представляют собой двухполюсники, которые состоят из p-n перехода и металлических контактов на их двух концах.

Что такое полупроводниковый диод?

• Полупроводниковый диод представляет собой диод с p-n переходом. Это двухполюсное устройство, которое проводит ток только в одном направлении.
• На рисунке ниже представлен символ диода с p-n переходом, который символизирует направление тока. Подавая внешнее напряжение V, мы можем изменять потенциальный барьер.

Символ полупроводникового диода

Типы полупроводниковых диодов

Диод с P-N переходом при прямом смещении

Когда мы прикладываем внешнее напряжение к полупроводниковому диоду таким образом, что p-сторона подключена к положительной клемме батареи, а n-сторона подключена к отрицательной клемме, тогда полупроводниковый диод называется смещенным в прямом направлении.

В этом случае встроенный потенциал диода и, следовательно, ширина области истощения уменьшается, а высота барьера уменьшается. Общее барьерное напряжение в этом случае получается равным V ₀-V, что является разницей между встроенным потенциалом и приложенным потенциалом.

Поскольку мы подаем небольшое напряжение, уменьшение барьерного напряжения по приведенной выше формуле очень мало, и, таким образом, в этом случае переход пересекает лишь небольшое количество носителей тока. Принимая во внимание, что если потенциал увеличить на значительную величину, уменьшение высоты барьера будет больше, что позволит пропускать большее количество носителей.

Диод с P-N переходом при обратном смещении

Когда мы подаем внешнее напряжение на полупроводниковый диод таким образом, что положительный вывод батареи подключен к его n-стороне, а отрицательный вывод батареи подключен к p-стороне диода, тогда говорят, что он находится в состоянии обратного смещения.

Когда на диод подается внешнее напряжение, поскольку направление внешнего напряжения совпадает с направлением барьерного потенциала, общий барьер напряжения в сумме составляет (V ₀ +V). Кроме того, увеличивается ширина области обеднения. В результате этого движение носителей от одной стороны перехода к другой значительно уменьшается.

Характеристики полупроводникового диода

Типы полупроводниковых диодов

Ниже приведены типы полупроводниковых диодов:

• Светодиод
• Стабилитрон
• Выпрямительный диод
• Туннельный диод
• Диод переменной емкостиФотодиод
• Переключающий диод
• Диод Ганна

Области применения полупроводниковых диодов

Ниже приведены области применения полупроводниковых диодов:

• Выпрямительный диод, который используется для выпрямления переменного тока. =
• Диод Ганна, который является одним из компонентов высокочастотной электроники
• Стабилитроны используются для стабилизации тока и напряжения в электронных системах
• Фотодиод работает как фотоприемник
• Переключающий диод, который используется для требований быстрого переключения
• Туннельный диод — это специальный диод, который используется в области отрицательного динамического сопротивления
• Светодиод используется для излучения инфракрасного спектра света
• Диод переменной емкости используется, когда напряжение подается в режиме обратного смещения.

Электрика для дома

Теперь рассмотрим одно из наиболее интересных применений PN-перехода – полупроводниковый диод. В зависимости от полярности внешнего напряжения, приложенного к PN-переходу, диод может либо пропускать ток через себя, либо блокировать его.

Идеальный диод

Напряжение смещения на идеальном диоде может меняться, но пока оно положительное, диод «включен» (открыт) и проводит электрический ток. Это выглядит, как будто идеальный диод «замыкает» накоротко электрическую цепь (напряжение на диоде равно нулю). Если напряжение отрицательное, диод «выключен» (закрыт) и не проводит электрический ток. Идеальный диод как бы «размыкает» электрическую цепь.

Обозначение на схеме

Каждый диод имеет выводы, и эти выводы имеют обозначения, чтобы их нельзя было перепутать. Положительный полюс диода называется анодом, а отрицательный – называется катодом. Ток может протекать лишь в прямом направлении, но никак не в обратном.

Существует множество типов диодов и их обозначения на схеме могут отличаться. Наиболее распространенные выпрямительные и импульсные диоды обозначаются на схемах следующим образом:

Вывод, входящий в основание треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, которое указывает треугольник-стрелка.

К сожалению, идеальных диодов не существует. Но, к счастью, современные диоды имеют характеристики, которые позволяют им работать не намного хуже, чем рассмотренная идеальная модель.

Реальные характеристики диодов

Добавив проволочные выводы к концам материалов P-типа и N-типа, мы получим реальный электронный компонент, называемый полупроводниковым диодом. Свойства и характеристики настоящих диодов отличаются от идеальных диодов. Они немного сложнее, и имеют собственные уникальные характеристики, которые показывают, как они на самом деле работают.

Реальные полупроводниковые диоды потребляют некоторое количество энергии, которая превращается в тепло при прохождении прямого тока. А также они не блокируют полностью обратный ток.

Вольтамперные характеристики

Важнейшей характеристикой диода является зависимость тока от напряжения. Эта зависимость нелинейная, в отличие, например, от резистора, имеющего простую линейную зависимость тока от напряжения (закон Ома).

Для диода это выглядит примерно так:

На ВА характеристике диода можно выделить три области:

1. Прямое смещение: когда напряжение на диоде положительно, диод «открыт», и ток может протекать. При этом напряжение должно быть больше, чем прямое пороговое напряжение, – чтобы носители заряда могли преодолеть потенциальный барьер PN-перехода.

1. Обратное смещение: это «закрытый» режим диода, когда напряжение меньше порогового (V_v), но больше, чем напряжение пробоя (PIV). В этом режиме диод закрыт и лишь очень небольшой ток (мкА) может протекать в обратном направлении.

1. Область пробоя: когда к диоду приложено очень большое (сотни вольт) обратное напряжение, ток лавинообразно возрастает – вплоть до теплового пробоя PN-перехода.

А вот как выглядит реальная ВА характеристика германиевого диода Д226

Прямое напряжение

Чтобы «открыть» диод и пропустить через него ток, требуется приложить к нему определенное положительное напряжение, которое называется прямым напряжением (Uпр).

Как видно из ВА характеристики, прямой ток нелинейно зависит от напряжения. Как только напряжение превысит Uпр, – диод открывается, ток резко возрастает и дальнейшее увеличение напряжения уже мало влияет на увеличение тока. Кроме того, прямое напряжение Uпр очевидным образом зависит от температуры: чем она выше, тем меньший порог «включения» диода.

Прямое напряжение диода (Uпр) зависит еще от того, из какого полупроводникового материала он изготовлен. Кремниевые диоды имеют Uпр ≈ 0.6-1 В. У диодов на основе германия прямое напряжение ниже, что-то около 0,4 В.

Предельные значения параметров

Еще одна важная характеристика диода – максимальный прямой ток. Как и другие электронные компоненты, диоды могут рассеивать определенное количество энергии, указанное производителем в паспорте прибора. Помимо максимального прямого тока в паспорте обязательно указывается рассеиваемая мощность, обратное напряжение и другие параметры. Если диод подвергается воздействию напряжений или токов, превышающих паспортные данные, ожидайте его нагрева (или, что еще хуже, теплового пробоя и сгорания).

Многообразие полупроводниковых диодов

Диоды на основе PN-перехода разработаны для конкретных применений и используются во многих электронных устройствах. Наиболее широко используются следующие типы диодов:

• Выпрямительный диод: этот тип диода используется в блоках питания для выпрямления переменного тока. Эти диоды рассчитаны на пропускание значительных токов и способны рассеивать большую тепловую мощность.

• Импульсный диод: этот диод предназначен для передачи низких уровней сигнала. Они часто используются в качестве детекторов сигналов или в качестве логических диодов в импульсных схемах малой мощности.

• Варикап: этот тип диода используется в качестве переменного конденсатора. Он работает с обратным смещением и использует емкость PN-перехода. Изменяя обратное напряжение на диоде, можно изменять толщину слоя обеднения, а вместе с ним и емкость перехода.

• Фотодиод: этот тип диода используется для обнаружения светового потока. Работает в схеме как преобразователь видимого света в электрический сигнал (с обратным смещением). Другой вид фотодиода – это фотоэлемент в солнечной батарее. Преобразует свет непосредственно в электрическую энергию (без внешнего источника питания), то есть работает как источник чистой энергии.

• Светодиод (LED): некоторые диоды, которые используют более сложные соединения (арсенид галлия и др.), на самом деле могут излучать свет, когда через них пропускается ток. Используя разные материалы, можно получить различные цвета свечения светодиодов, а также излучение в инфракрасном диапазоне.

• Лазерный диод: этот вид диода способен генерировать монохромный лазерный луч. Применяется в медицине при хирургических операциях, в промышленности, в измерительных устройствах, а также в быту.

Резюме

PN-переход широко используется сегодня в электронной промышленности. Это не только рассмотренные выше полупроводниковые диоды, но также огромное количество современных высокотехнологичных компонентов – транзисторов и интегральных схем. Мы не представляем свою жизнь без электроники, и без PN-перехода жизнь сегодня была бы совсем другой.

Свойства p-n-перехода. Полупроводниковый диод. Принцип действия транзистора.

Донорная примесь: основные носители заряда — свободные электроны. Остается положительный ион примеси. Акцепторная примесь: основные носители заряда—дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контактадонорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход).

Свойства р-п-перехода

1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10 -7 м , Dj = 0.4—0,8 В .

2. Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый токнеосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным.

3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда.

p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении

(свойство односторонней проводимости).

Полупроводниковый диод

Схематическое изображение. Направление стрелки указывает направление тока.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

/, 2 — участок приближенно прямолинеен -экспонента;

3 — пробой диода

0,3— обратный ток;

0,1— ток меняется нелинейно.

Обратный ток обусловлен наличием неосновных носителей заряда.

Применение полупроводникового диода

Принцип действия транзистора

Направление стрелки — направление тока

На всех рисунках — p-n-p— транзисторы.

Устройство биполярного транзистора.

Основные применения: элемент усилетеля тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).

Переход эмиттер — база включается в прямом направлении, а база — коллектор — в обратном. Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. База очень тонкая. Концентрация основных носителей заряда в базе небольная. Поэтому рекомбинация электронов и дырок небольшая. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являютсянеосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. I_э ≈ I_б . При изменении I_э с помощью источника переменного напря­жения одновременно почти во столько же раз изменяется I_к . Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.

Сколько p-n переходов имеется в полупроводниковом диоде?

У большинства типов диодов-один.
Полупроводниковый диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие «П. д. » объединяет различные приборы с разными принципами действия, имеющие разнообразное назначение. Система классификации П. д. соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее распространённом классе электропреобразовательных П. д. различают: выпрямительные диоды, импульсные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (в т. ч. видеодетекторы, смесительные, параметрические, усилительные и генераторные, умножительные, переключательные) . Среди оптоэлектронных П. д. выделяют фотодиоды, светоизлучающие диоды и ПП квантовые генераторы.

Наиболее многочисленны П. д. , действие которых основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода (р — n-перехода) . Если к р — n-переходу диода (рис. 1) приложить напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение) , т. е. подать на его р-область положительный потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переходу, понижается и начинается интенсивная инжекция дырок из р-области в n-область и электронов из n-области в р-область — течёт большой прямой ток (рис. 2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное смещение) , то потенциальный барьер повышается и через р — n-переход протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток) .
К П. д. относят также ПП приборы с двумя выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р — n—р — n-структуру и называют динисторами .

Полностью согласна с Архитектором)))