Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называется прибор, содержащий один p-n-переход и имеющий два вывода. В зависимости от назначения полупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, импульсные, стабилитроны, варикапы и другие.

Выпрямительные диоды применяют для выпрямления переменного тока с использованием вентильных свойств перехода: малое сопротивление в прямом направлении и большое в обратном.

К основным характеристикам выпрямительных диодов относятся максимально допустимый прямой ток и падение напряжения на диоде при этом токе, а также максимально допустимое обратное напряжение и обратный ток при этом напряжении. С ростом прямого тока увеличивается температура перехода и может наступить тепловой пробой. Температура германиемых диодов не должна превышать 85 °С, а кремниевых 150 °С. При эксплуатации мощные диоды для охлаждения монтируют на специальных радиаторах, а иногда подвергают обдуву.

Увеличение приложенного к диоду обратного напряжения может привести к лавинному пробою, во избежание которого для каждого диода указывается допустимое обратное напряжение, примерно равное 0,7—0,8 от напряжения лавинного пробоя.

Для выпрямительных диодов тепловой и лавинный пробой являются необратимыми процессами, выводящими диод из строя.

Выпрямительные диоды подразделяются на маломощные с допустимым прямым током до 0,3 А, средней мощности — до 10 А и силовые, допустимый прямой ток которых превышает 10 А. В бытовой радиоаппаратуре пользуются диоды лишь маломощные и средней мощности.

Высокочастотные и импульсные диоды по принципу действия не отличаются от выпрямительных, но характеризуются дополнительными параметрами: собственной емкостью, временем установления прямого сопротивления и временем восстановления обратного сопротивления. Собственная емкость на высокой частоте снижает обратное сопротивление. Для ее уменьшения приходится уменьшать размеры кристалла, что приводит к уменьшению среднего прямого тока через диод. Для импульсных диодов в паспорте указывается кроме среднего максимальный ток в импульсе, который может быть значительно больше среднего тока, так как за время паузы между импульсами кристалл имеет возможность охлаждаться.

Наличие собственной емкости диода позволяет использовать его в качестве конденсатора при приложении обратного напряжения. С ростом обратного напряжения ширина обедненного слоя увеличивается, что равносильно увеличению расстояния между пластинами конденсатора, и емкость диода уменьшается. Изменяя приложенное к диоду обратное напряжение, можно регулировать его емкость. Такие диоды называются варикапами. Промышленность выпускает широкий ассортимент варикапов с максимальной емкостью от единиц до сотен пикофарад. Достоинство варикапов состоит в том, что при необходимости одновременного изменения емкости нескольких конденсаторов варикапы могут конструктивно располагаться в разных местах аппарата и вдали от органа управления их емкостью. Их также удобно использовать в системах автоматической подстройки частоты, когда регулирующее напряжение вырабатывается электронным способом.

Туннельные диоды отличаются высокой концентрацией примесей и очень малой шириной обедненной зоны, что приводит к наличию падающего участка вольт-амперной характеристики (участок 1—2 на рис. 1), на котором динамическое сопротивление диода отрицательно. В области обратных токов туннельный диод аналогичен простому диоду с очень крутой характеристикой обратного тока. К основным параметрам туннельных диодов относятся напряжение и ток пика (точка 1), отношение тока пика к току впадины (в точке 2), динамическое отрицательное сопротивление и рабочая частота. Участок с отрицательным сопротивлением позволяет использовать туннельные диоды в усилителях и генераторах вплоть до очень высоких частот (до 1000 МГц). Время переходных процессов в туннельных диодах достигает долей наносекунды (10^-9 с). Они обладают слабой зависимостью параметров от температуры.