Дәріс №10

Дәріс №10. Жартылайөткiзгiшті диод

1 Жартылай өткізгіштік диодтар, түрлері, белгіленуі.Қосылудың негізгі сұлбалары.Стабилитрондар

&&&

$$$002-010-001$3.2.10.1 Жартылай өткізгіштік диодтар, түрлері,белгіленуі. Қосылудың негізгі сұлбалары.Стабилитрондар

    1.Жартылай өткізгішті диод деп бірр-п өтуі және екі шығыстары болатын жартылай өткізгіштіаспапты атайды. Мұндай диод технологиялық қабылдау біріменр-п өту орындалатын жартылай өткізгіш кристаллын. Өтудіқұрайтын кристаллдың екі әр түрлі облыстыңбеттер бөлігін сыртқы шығыстардың пісіретін немеседәнекерлейтін маталл пленкамен жабады (сур 3.1)

Жартылай өткізгіштік диодтың негізгі элементі  р-n-өту болып табылады, содықтан шынайы диодтың воль-амперлік си ттапамасы2.3 суретінде келтірілген р-n- өтудің вольт-амперліксипаттамасына жақын. Диодтың параметрлері және жұмыс режиміқосылған U кернеуінен I диод  тогы арқылы ағатынбайланысты иллюстрациялайтын оның вольт-амперлік сипаттамасыменанықталады. Аспаптың типтік воль-амперлік сипаттамасы 3.2 суреттекөрсетілген.

Сурет 3.1 - жартылай өткізгіштің құрылымы меншартты белгіленуі

Жартылай өткізгіш диодтар түрлері, белгіленуі.Қосылудың негізгі сұлбалары

Сурет 3.2  Диодтардың жәнеоның вольт-амперлік сипаттамасының шартты графикалықбелгіленуі.

Диодқақосымша кернеудің полярлығы әр түрлі болады.Электродтардың арасындағы кернеу оң болып есептеледі. Аласпаптың анодына оң таңбамен , катодқа терістаңбамен қойылады. Кернеу ұлғайғанда тезөсетін оң таңбалы кернеуде диод тура ток арқылыөтеді. Теріс таңбалы кернеуде диод жабық болып есептеледі.Кері ток тура токтан бірнеше қатарға аз. Ол арқылы маңыздыемес кері ток өтеді.

Жоғарыдақарастырылған шынайы жартылай өткізгішті диод жәнеоның вольт-амперлік сипаттамасы p-n өтуден біршама өзгеше.Негізгі айырмашылықтар келесі себептермен айқындалады.

Біріншіден, шынайыдиодтарда, ереже бойынша pp>>nn диодтың турабағыттағы вольт-амперлік мінездемегеәсер ететін тек базаның кедергісін rб  қанаесептейді.    

Үшіншіден,шын диодтарда шектелген өлшемдер болады, сондықтан кристалдыңүстінде жүретін процестерді есепке алу керек.Ағылу тоғынегізгі болып саналады, өйткені ол, диодтағы кері бағыттывольт-амперлік мінездемеге әсер етеді.

Соңғыекі себеп, диодтың тура тоғы р-n-өтуінен кем болуына,және кері тоғы тұрақты болмай, біртіндепөсетініне, әкеліп соғады (сурет 3.2, в).

Жартылайөткізгіштерінін түрлері өте көп, класстануының негізгі белгілерінің бірі ол мақсатына р-n-өтуініңбір құбылысқа байланысты.

Түзеткішнемесе күштік диодтар, олардың негізінде вентиль эффектісі болыптабылады (тура кернеуде тоқ үлкен,ал кері кернеуде тоқ аз)олар схемадағы айнымалы тоқты түзетуге арналған.Көбнесе олар өндірістік жиілікті тоқтарды 50Гц÷50кГцтұракты тоққа түрлендіруге арналған.Айнымалыкернеуінің параметрлеріне(жиілікке және пішініне)байланысты,диодтардытөменгіжиілікті жіне жоғарыжиілікті дап боледі. Үлкенқуатты түзеткіш диодттарды күштілік деп атайды. Оларғавентильдік қаситтері: тура және кері бағыттағыкернеу,статикалық параметірлері маңызды болып табылады. Диодтарқуатты болғандықтан, оларға максималды тура тоқжәне шекті кері кернеу да маңызды.Түзеткіш диодтың негізгіпараметрлері осылар болып табылады:

–турақтыкері кернеу Uкері – диодтың ұзақ уақыттабұзылуысыз жұмыс істей алатының кері бағыттағыкернеудің мәні;

–орташатура тоғы Iтура орт – тура бағытта диод арқылыағатың турақты тоқтың максималдықмәні;

–шектімаксималді импульстік тура тоқ Iпр и –тоқтың тапсырылған максималдық импульстінузақтығы;

–турақтыкері тоқ Iкері;

–турақтытура кернеу Uпр–диод арқылы орташа тура тоқөткен кезде кернеудің түсуі;

–орташатарау қуаты Pср – диодтың белгілі бір уақытаралығындағы орташа тарау қуаты;

–максималдықжиілік Fмакс – диодқа қойылған параметрлеріқамтамасыз етілгенде максималдық жұмыс жиілігі.Егердиодқа берілген айнымалы кернеудің жиілігі  Fмакс  танжоғары болса,диодтағы жоғалулар өте жоғарыөседі.

Шектікері кернеуді жоғарлату үшін,түзеткіш диодтарды тізбектейжалғайды. Егер элементтердін жалғануы бір кристалда немесе біркорпуста орындалса,онда сол аспаб түзеткіш столб деп аталады.Схмадағы диодттардын тізбектей жалғануынан,жай диодқақарағанда, кернеуінің түсуі көп болады.

Түзеткішблоктар,бір корпуста жиналған қарапайым диодтық схемаданжасалынады. Көбнесе осы схема төрт бірдей диод арқылыорындалады.

Азқуатты жоғары жиілікті диодтар вентиль эффектісінпайдаланады,бірақта оларға статикалық параметрлердіңвентильдік қасиеттерімен қоса диодттың өзіндіксиымдылығы және шығарғыштардың индуктивтілігімаңызды. Индуктивтілігін және сиымдылығын азайтуүшін,қысқа шығарғыштар мен р-nөтүі көлемі жағынан аз диодтарды пайдаланады.Көбнесе, нүктелік диодтарды кең қолданады.

Стабилитрондар

Стабилитрондарэлектрлік тесіб өтурежимнде жұмыс істейді. Аспаб кері қосылғанда, минималдыдан Iминмаксималдыға дейін Iмакс электрлік тесу жеріндекернеудің түсуі өте кішкентай болады да аспаб арқылыағатын тоқ тұрақты деп есептеледі (сурет 3.3, а) 

-тұрақтандыру кернеуі Uст;

-минималды және максималды тұрақтандыру тоқтары  Iminжәне Imax;

-дифференциалдық кедергі Rd = dI/dU – электрлік тесібөтү жерінде;

-тұрақтандыру температуралық коэффициент αст – ΔT қоршаған ортаның температурасыөзтергенде,тұрақтандыру кернеуінің салыстырмалыөзгеруі ΔUст :

.

Тұрақтандырутемпературалық коэффициенті, аспаб арқылы өтетін тоқпен кернеуінен байланысты болады. Төмен кернеулерде (5,7 Втан төмен)  Uсттемпературалық коэффициент кері танбалы болады. Тоқ 10 мА таяу болғанда ,ол –2,1мВ/С^o тең болады. Кернеу 6 В тан жоғары болса,олоң таң балы болады, коэффициент  он танбалы болады егер тоқөлшемі ( 10 мА) дэрежесі 6 мВ/С^o жетеді. Тоқөлшемін аспаб арқылы таңдасақ, онынтемпературалық коэффициентің өзгертуге болады, тіпті оныннөлдік мәніне жетуге болады.

Стабисторларстабилитрондар тәрізді,кернеуді тұрақтандыруға арналған. Стабилитрондарменсалыстырып қарасақ олар диодтын  вольт амперлік мінездеменіңтура бағытында жұмыс істейді.

Сурет 3.4 – стабилитронныңВАМ

Импульсті диодтар. Шоттки диоды

Импульстікдиодтар мен түзеткіш диодтардың параметрлердің негізгіайырмашылығы ол:

-импульстік туракернеуінің максималдық мәні Uпр и;

- диодтың керікедергінің жөнделу уақыты τв.

Жөнделу уақыты кернеуінің өрісіауысқаннаң бастап, кері тоқ 0,1·Iпр мәнге ие болғанға дейін.Қазіргі аспабтарда жөнделу уақыты 4-10 нс диапазонында жатыр.

Импульстікдиодтардын бір түрі ол Шоттка диодтары. Осы аспабтарда p-n-өтуініңрөлін «болат-жартылайөткізгіш» контактісі атқарады.Зарядтың жиналуы осындай өтуінде  өте аз болады,өйткені оларда зарядттың тасымалдауы тек негізгі тасымалдаушыларменорындалады. Диодтын жөнделуі 0,1 нс мәніне дейінқысқартылуы мүмкін және максималды жұмыс жиілігіжүз немесе мың  килогерцке дейін жетеді. Осы диодтардын басқаерекшелігі болып кернеудің тура түсүі табылады.

Диодтардынмінездемелері жартылайөткізгіштегі қопаларыныңконцентрацияларынан көп тәуелді. Мысалы егер n-ауданындағыдонорлар,  p-ауданындағы акцепторлар  концентрациясы жай диодтарданмың есе көп болса  р-n-өтуінің өтежұқа болып шығады (қарапайым диодтарда ол   1 мкм  гетаяу болады,ал осындай концентрацияда 0,001 мкм тең болады. Осыжағдай р-n-өтуі арқылы өтетін тоқтынөтүін күрт өзгертеді.

Диффузияданбасқа мұнда тунелдік эффект байқалады,осы жағдайдаэлектронның толқындық қасиеттеріне байланыстыэнергиянын жоғалуысыз бөгет арқылы өте алады.Максималдық туннелдік эффектісі өтуінде  100 мВ тура кернеу болғандабайқалады.

Осындайэмитердегі,базадағы жоғары концентрациясы бар диодтарды тунелдікдиодтар деп атайды, олардын вольт-амперлік мінездемелері (сурет 3.3)қарапайым диодтардан ерекшеленеді:тунелдік диодта вентиль эффектісі;байқалмайды;тунелдік диодтың вольт-амперлік сипаттамаласындаоң үлкен емес кернеу ауданыңда, «түсу» ауданы барболады, ол кері дифференциалды кедергісімен сипатталады.

Сурет3.3 –туннелдік диодтың ВАМ

Туракернеуінің үлкеюі (А нүктеге дейін) тура туннелдік тоғының өсүіне алыпкеледі. Тура кернеуінің арықарай үлкейтуі, туннелдік тоғының тусуіне алып келеді. АБ құлау аймағынаайнымалы тоққа  кері кедергі тән. Осы аймағынан кейін тоқ диффузиялық туратоқ арқылы қайта өседі. ΔU=U2-U1  айырымыкілттін кернеуі деп аталады.Кәзіргі туннелдік диодтарда бірлігі  мА мен өлшенеді, ал вольттің ондықбірліктермен есептеледі.Туннелдік диодтыәр түрлі схемаларда пайдалағанда,оның кері кедергісіменактивті кедергіні компенсациялауға болады,осыдан күшейткіш режіміннемесе толкындардың генерациялауынын алуға болады.

Электронныңпотенциалдық бөгет арқылы туннелдік өтуіқысқа уақыт мерзімде  10^-12– 10^-14 сболады;сондықтан туннелдік диодтар өте жоғары жиіліктежақсы жұмысістейді. Туннелдік диодтар арқылытолқындарды жүз ГГц дейін генерациялау және күшейтугеболады.

Туннельдікдиододтардың параметрлері негізінде,пик кернеуін Uп,пиктоғын Iп, дөнестік кернеуің  Uв,дөнестік токғың Iв және тоқ пиктоғына тең болған кездегі  кернеуді   Uр,пайдаланамыз.

&&&

Өзін-өзітексеру сұрақтары:

1.Диодтарды жасау үшін қандай материалдарқолданылады?Олардың айырмашылығы неде?

2. Қандайпараметрлер жартылайөткізгіштік диоидтты  сипаттайды?

3. Жартылайөткізгіштікдиоидтты  классификациясы?

4.Диодттыңкері және тура кедергіні қалай аңықтауға болады?