WYDZIAŁ

ELEKTRYCZN

Y

Jakub Dawidziuk

POLITECHNIK
A
BIAŁOSTOCK
A

Temat i plan
wykładu

Diody półprzewodnikowe

1. Polaryzacja diod w kierunku

przewodzenia i zaporowym

2. Charakterystyki prądowo-napięciowe

3. Model diody

4. Parametry techniczne diod

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKIA – Jakub Dawidziuk

wtorek 27 kwietnia 2021

Polaryzacja w kierunku przewodzenia i

zaporowym oraz prądy w złączu

Symbole graficzne

Polaryzacja diody

Polaryzacja w kierunku przewodzenia

Polaryzacja w kierunku zaporowym

Charakterystyka-

Charakterystyka-

właściwości

właściwości

•

U

U

D

D

=

=

napięcie

napięcie

polaryzacji

polaryzacji

•

I

I

D

D

=

=

prąd

prąd

diody

diody

•

I

I

S

S

=

=

prąd

prąd

nasycenia

nasycenia

•

U

U

BR

BR

=

=

napięcie

napięcie

wsteczne

wsteczne

(przebicia)

(przebicia)

•

U

U





=

=

napięcie

napięcie

bariery

bariery

potencjału

potencjału

U

U

D

D

I

I

D

D

(mA)

(mA)

(nA)

(nA)

U

U

BR

BR

~

~

U

U





I

I

S

S

Charakterystyka prądowo-napięciowa

diody

Zakres

zaporowy

Zakres

przewodzenia

Charakterystyki diody

germanowej

i krzemowej

Model diody

Model obwodowy diody

Model obwodowy diody

Model diody

Model diody

idealnej z barierą

idealnej z barierą

potencjału

potencjału

Napięcie bariery potencjału jest to

Napięcie bariery potencjału jest to

napięcie na diodzie, przy którym

napięcie na diodzie, przy którym

zaczyna płynąć prąd przez diodę.

zaczyna płynąć prąd przez diodę.

Przykład

Przykład

: V

: V





= 0.3

= 0.3

V

V

(typ

(typ

owe dla diody germanowej

owe dla diody germanowej

)

)

. Określić

. Określić

wartość

wartość

I

I

D

D

jeżeli

jeżeli

V

V

A

A

= 5

= 5

V

V

(

(

napięcie zasilające

napięcie zasilające

).

).

0 = V

0 = V

A

A

– I

– I

D

D

R

R

S

S

- V

- V





I

I

D

D

= V

= V

A

A

- V

- V





= 4.7 V = 94 mA

= 4.7 V = 94 mA

R

R

S

S

50

50





V

V





V

V

A

A

I

I

D

D

R

R

S

S

= 50

= 50





+

+

_

_

V

V





+

+

+

+

Dioda w obwodzie prądu

przemiennego

Rodzaje diod półprzewodnikowych

Parametry diod małej mocy

Typowe dane dla diody germanowej i krzemowej
wynoszą:

- dioda krzemowa I

S

=10 pA, mU

T

=30 mV,

I

Fmax

=100 mA,

- dioda germanowa I

S

=100 nA, mU

T

=30 mV,

I

Fmax

=100 mA.

Z charakterystyki można odczytać wartości
napięcia przewodzenia U

F

dla prądu

przewodzenia I

F

=0,1·I

Fmax

. Dla diody germanowej

napięcie przewodzenia jest równe 0,4V, a dla
diody krzemowej 0,7V.

Parametry diod prostowniczych

Obudowy diod i mostków

Elementy

półprzewodnikowe

Stabilizatory parametryczne stosowane są
zazwyczaj tylko przy małych mocach
wyjściowych i niezbyt wygórowanych
wymaganiach jakościowych.
Charakteryzują się one małą sprawnością ,
a ich współczynniki stabilizacji mają
umiarkowaną wartość przy zmianach
obciążenia i napięcia wejściowego.
Wartość napięcia stabilizowanego jak i
prądu wyjściowego zależą głównie od
parametrów elementu nieliniowego. Jest to
istotna wada tego typu układów ponieważ
w przypadku konieczności zmiany tych
wielkości, konieczna jest wymiana
elementu nieliniowego (diody Zenera).

Diody Zenera. Stabilizatory

parametryczne.

Charakterystyka prądowo-napięciowa

diody Zenera

U

F

I

F

U

I

1

U

R

I

R

Z

U

ZK

U

Z

i

Z

u

Z

I

Z

i



Z

u



optymalny

punkt

pracy

MIN

I

MAX

I

MAX

P

Diody stabilizacyjne

Charakterystyki diod Zenera

Rezystancja

różniczkowa

Schematy zastępcze

Charakterystyka prądowo-napięciowa

diody Zenera

Zależność rezystancji
dynamicznej
diody od napięcia stabilizacji.

Minimalne
rezystancje r

Z

występują dla
diod Zenera o
napięciu U

Z

około 7 V, a
minimalne
współczynniki
temperaturowe
dla diod
onapięciu Zenera
z przedziału U

Z

=

(5-6)V.

Najprostszym stabilizatorem napięcia jest układ
z wykorzystaniem diody Zenera. Takie i podobne
układy nazywane są również stabilizatorami
parametrycznymi.
Zmiany napięcia wejściowego ΔU

we

pociągają za

sobą zmiany prądu diody ΔI

D

, to jednak nie

pociąga za sobą dużych zmian napięcia
wyjściowego ΔU

wy

. Można przyjąć, że pozostaje

ono stałe i równe napięciu Zenera U

Z

.

Stabilizator z diodą Zenera

Wartości katalogowe

U

Z

- napięcie Zenera

r

z

- rezystancja różniczkowa (Zenera)

I

zmax

- prąd maksymalny

P

zmax

– maksymalna moc rozproszenia

P

zmax

= I

zmax

U

z

Stabilizator z diodą Zenera

zasilany z sieci

Dioda Zenera jako ogranicznik

napięcia

Obudowy diod Zenera

metalowe

Złącze metal-półprzewodnik

Złacze metal - półprzewodnik

Charakterystyka pradowo -
napieciowa

złacza metal – półprzewodnik
może byc:

a) liniowa i symetryczna (złacze
omowe)

kontakty i doprowadzenia
przyrzadów pp

mała rezystancja

b) nieliniowa i niesymetryczna
(złacze

prostujace)

dioda Schottky’ego

Rodzaj złacza zaley od:

- różnicy prac wyjscia
elektronu z metalu i
półprzewodnika

- stanów powierzchniowych
półprzewodnika

Złącze metal-półprzewodnik

Charakterystyki diod

Schottky’ego

i diody pn w kierunku

przewodzenia

Złącze metal-półprzewodnik dioda

Schottky’ego

Po „zetknięciu metalu i
półprzewodnika” układ dąży do
równowagi termodynamicznej
poprzez przegrupowanie e-.

Ponieważ Wme > Wpp , to wiecej e-
będzie przepływać z pp do me niż
odwrotnie.

• po stronie me pojawia się cienka
warstwa ładunku ujemnego, a po
stronie pp znacznie szersza warstwa
ładunku dodatniego, dipolowa
warstwa ładunku przestrzennego

• bariera potencjału jest równa
różnicy potencjałów wyjścia
elektronów (Vme – Vpp)

• złacze prostujace => dioda
Schottky’ego

A

K

Złącze metal-półprzewodnik

Kierunek przewodzenia: „plus” do metalu, „minus” do pp
typu n

• obniża się bariera potencjału i elektrony płyną z pp do me
• elektrony, które przeszły z pp do me w pierwszej chwili

obsadzają poziomy położone wysoko nad poziomem
Fermiego i

dlatego nazywane są „gorącymi elektronami”; „gorące

elektrony” bardzo szybko (~10-13 ps) oddają swoją energię
i stają się

częścią swobodnych elektronów w metalu

• „gorące elektrony” nie wykazują cech nośników

mniejszościowych (tak jak to było w złączu p-n)

• nie następuje gromadzenie nośników mniejszościowych
• „brak” pojemności dyfuzyjnej
• dobre właściwości impulsowe

Złącze metal-półprzewodnik

Tranzystor
Schottky’ego