Таким образом, полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, т. е. является электрическим вентилем.

ОП.03 «Электротехника» группа № 36

Тема занятия 2.4.4-2.4.5 «Принцип действия полупроводниковых диодов.» «Вольт-амперная характеристика германиевого вентиля «

Цель занятия : Изучить принцип действия полупроводникового диода

Задачи занятия :

Обучающая – познакомить студентов с новыми определениями, научить работать с источниками, систематизировать и закрепить знания, полученные на уроке

Развивающая – способствовать развитию логического мышления, умению анализировать, сравнивать, делать выводы;

Воспитательная – развивать познавательный интерес, воспитывать интерес к изучаемому предмету;

Рекомендуемая литература:Н.Ю.Морозова «Электротехника и электроника» с.144-147

Домашнее ЗАДАНИЕ: Изучить материал, написать конспект, выделить основные определения . Ответить на вопросы.

Результаты (ответы) в виде файлов в формате Word и скриншота направлять преподавателю на эл.почту khorunzhina @ mail . ua или отправить сообщение на страничку Вконтакте https://vk.com/club194179937

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Полупроводниковый диод (вентиль) представляет собой контактное соединение двух полупроводников, один из которых с электронной проводимостью (п -типа), а другой — с дырочной (p-типа, рис. 148, а).

Вследствие большой концентрации электронов в полупроводнике п будет происходить диффузия их из первого полупроводника во второй. Аналогично будет происходить диффузия дырок из второго полупроводника p-типа в первый п -типа. В тонком пограничном слое полупроводника п -типа возникает положительный заряд, а в пограничном слое полупроводника р-типа —отрицательный заряд. Между этими слоями возникает

обратном направлении, в — схема вклю- $)

чения в прямом направлении

разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле напряженностью Еп, которая препятствует диффузии электронов и дырок из одного полупроводника в другой. Таким образом, на границе двух полупроводников возникает тонкий слой, обедненный носителями зарядов (электронов и дырок) и обладающий большим сопротивлением. Этот слой называется запирающим р-п-переходом.

Вследствие теплового движения в электрическое поле р-п-перехода попадают неосновные носители зарядов (электроны из р-области и дырки из п -области). Движение неосновных носителей зарядов под действием сил поля р-п-перехода направлено встречно диффузионному току основных носителей и называется дрейфовым или тепловым током, зависящим в сильной степени от температуры. При отсутствии внешнего электрического поля дрейфовый ток уравновешивается диффузионным и суммарный ток через р-л-переход равен нулю.

Соединив положительный зажим источника питания с металлическим электродом полупроводника п -типа, а отрицательный зажим с электродом полупроводника p-типа, получим внешнее электрическое поле Е_в, направленное согласно с полем р- п -перехода Еп, усиливающее его (рис. 148, б). Такое поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей зарядов через запирающий слой и через диод пройдет малый обратный ток I_о6р, обусловленный неосновными носителями заряда. Обратный ток диода в значительной мере зависит от температуры, увеличиваясь с ее повышением.

При изменении полярности источника питания (рис. 148, в) внешнее электрическое поле Ев окажется направленным встречно полю р- п –перехода Еп и под действием этого поля

электроны и дырки начнут двигаться навстречу друг другу и число основных носителей заряда в переходном слое возрастет, уменьшая потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.

Таким образом, в цепи устанавливается прямой ток I_пр, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении источника питания U .

На рис. 149 показана вольтамперная характеристика германиевого диода и его условное обозначение. Для большей наглядности прямая ветвь (правая часть графика) и обратная ветвь (левая часть графика) характеристики изображены в различных масштабах. Характеристика показывает, что при не

Рис. 149. Вольтамперная характеристика германиевого диода и его условное обозначение

большом прямом напряжении U п_Р=1В на зажимах диода в его цепи проходит относительно большой ток, а при значительных обратных напряжениях U_o ₆ _p ток I _обр ничтожно мал.

Таким образом, полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, т. е. является электрическим вентилем.

Промышленность производит электрические вентили германиевые, кремниевые, селеновые и меднозакисные.

Германиевые и кремниевые вентили изготовляют двух типов: точечные и плоскостные. У точечного германиевого диода (рис. 150, а) помещен кристалл германия 5 с электронной проводимостью, в который острием входит контактный пружинящий вывод анода 3. Под контактным острием в результате специальной термической обработки создается область с дырочной проводимостью. В плоскостном германиевом диоде (рис. 150, б) на пластину германия б с электронной проводимостью накладывается таблетка из индия, которая в процессе изготовления диода нагревается до 500°С и плавится так, что ее атомы диффундируют в германий, образуя область с дырочной проводимостью.

На границе двух областей (с электронной и дырочной проводимостью) появляется запирающий р-п-переход.

Как в точечном, так и в плоскостном диоде германий б припоем 4 укреплен на кристаллодержателе 6, к которому приварен вывод катода (нижний) 7. Вывод анода 3 также припоем 4 укрепляется в области с дырочной проводимостью и выводится наружу в верхней части диода. Металлический корпус 2 сварен с кристаллодержателем 6 и стеклянным изолятором 1.

Кремниевые диоды отличаются от германиевых не только материалом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно:

Рис. 150. Конструкция германиевого диода:

а — точечного, б —і плоскостного; і — изолятор, 2 — корпус.З — вывод анода, 4 ~ припой, 5 — кристалл, 6 кристаллодержа- тель, 7 внешние выводы

Более высокой предельной температурой, много меньшим обратным током, более высоким пробивным напряжением. Однако сопротивление кремниевого вентиля в прямом направлении значительно больше, чем германиевого.

Селеновый вентиль состоит из алюминиевого диска, с одной стороны покрытого слоем кристаллического селена, обладающего дырочной проводимостью, который служит одним электродом. Другим электродом является нанесенный на селен слой сплава кадмия и олова, при диффузии из которого атомов кадмия в селен образуется слой, обладающий электронной проводимостью. Селеновые вентили имеют значительно меньшие обратные напряжения (до 60 В) и плотности тока (0,14-0,2 А/см²), чем германиевые и кремниевые, так что их габариты и масса значительно больше.

Однако характеристики селеновых вентилей более стабильны, что позволяет соединять их последовательно и параллельно для увеличения обратных напряжений и прямых токов. Кроме того, селеновые вентили обладают свойством самовосстановления, которое сводится к следующему: если через пробитую шайбу пропустить большой ток, то селей нагревается и плавится, закрывая место пробоя и восстанавливая вентильное свойство диода.

Меднозакисный вентиль состоит из медного диска со слоем закиси меди, к которому прилегает для получения хорошего контакта свинцовый диск с латунным радиатором большого диаметра. Слой закиси меди образуется при термической обработке меди в атмосфере кислорода. Наружный слой закиси меди, полученный при избытке кислорода, обладает дырочной проводимостью, а слой закиси, полученной при недостатке кислорода,—электронной проводимостью. Между этими двумя слоями закиси меди возникает р-п-персход.

Меднозакисные вентили имеют низкие обратные напряжения (10 В) и плотности тока (0,1 А/см^а) и в преобразовательных устройствах не используются. Их применение ограничено измерительными приборами в силу стабильности их характеристик.

Ответить на вопросы :

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!