11.6: Діоди

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28997

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Діоди - це двоклемні пристрої, які мають нелінійні вольт-амперні характеристики. Найбільш поширені діоди наведені в табл\(\PageIndex{1}\).

Диоди з'єднання і Шотткі: перехідний діод має асиметричну вольт-амперну характеристику, див. Рис. 11.5.5 (а),

\[\label{eq:1}I=I_{0}\left[\text{exp}\left(\frac{qV}{nkT}\right)-1\right] \]

де\(q(= −e)\) - абсолютна величина заряду електрона,\(k\) - постійна Больцмана\((1.37\cdot 10^{−23}\text{ J/K})\), і\(T\) абсолютна температура (в кельвіні). \(I_{0}\)є зворотним струмом насичення і невеликий, зі значеннями в діапазоні від\(1\text{ pA}\) до\(1\text{ nA}\). Величина\(n\) - коефіцієнт ідеальності діода, з\(n = 2\) для градуйованого переходу pn перехідного діода, і\(n = 1.0\) коли інтерфейс між напівпровідниковими матеріалами p-типу та n-типу різкий. Різкий перехід найбільш точно реалізований діодом Шотткі, де метал утворює одну сторону інтерфейсу. Коли прикладена напруга є достатньо позитивною, щоб викликати великий струм, діод, як кажуть, зміщений вперед. Коли напруга негативна, потік струму незначний, і діод, як кажуть, є зворотним зміщеним. У діоді заряд розділений на відстань, і тому діод має ємність переходу, змодельовану як

\[\label{eq:2}C_{j}(V)=\frac{C_{j0}}{(1-(V/\phi))^{\gamma}} \]

Компонент	Символ
Діод, загальний (в тому числі Шотткі)\(^{1}\)
ІМПАТТ діод\(^{1}\)
Діод Ганна
PIN-діод\(^{1,2}\)
Світловипромінюючий діод (LED)\(^{1}\)
Випрямляч\(^{1}\)
тунельний діод\(^{1}\)
Варактор діод\(^{1}\)	або
Стабілітрон\(^{1}\)

Таблиця\(\PageIndex{1}\): стандартні символи IEEE для діодів і випрямляча [4]. (\(^{1}\)У напрямку анода (А) до катода (К). \(^{2}\)Використовуйте символ для загального діода, якщо це не важливо, щоб показати внутрішню область.)

де\(\phi\) - вбудована різниця потенціалів через діод. Цей профіль ємності показаний на малюнку 11.5.5 (б). Вбудований потенціал, як правило,\(0.6\text{ V}\) для кремнієвих діодів і\(0.75\text{ V}\) для діодів GaAs. Легуючий профіль можна регулювати так, що\(\gamma\) може бути менше\(\frac{1}{2}\) ідеалу діода з різким переходом. Струм повинен протікати через об'ємний напівпровідник до досягнення активної області напівпровідникового діода, і так відбудеться резистивне падіння напруги. Поєднання ефектів призводить до еквівалентної схеми pn переходу або діода Шотткі, показаної на малюнку 11.5.5 (в).

Варакторний діод: Варакторний діод - це діод pn переходу, що працює в зворотному зміщенні і оптимізований для хорошої роботи як перебудовуваний конденсатор. Поширеним застосуванням діода варактора є як перебудовуваний елемент в генераторі, керованому напругою (ГУН), де варактор, з залежною від напруги ємністю\(C\), є частиною резонансного контуру.

PIN-діод: PIN-діод - це зміна на діоді pn переходу з областю внутрішнього напівпровідника (I в PIN-коду) між напівпровідниковими областями p-типу та n-типу. Властивості PIN-діода залежать від того, чи є носії у власній області. PIN-діод має вольт-амперні характеристики діода pn переходу на низьких частотах; однак на високих частотах він виглядає як лінійний резистор, так як носії у внутрішній області рухаються повільно. Коли на PIN-діод подається пряма напруга постійного струму, внутрішня область затоплюється носіями, а на мікрохвильових частотах PIN-діод потім моделюється як низькозначний резистор. На високих частотах не вистачає часу для видалення носіїв у внутрішній області, тому навіть якщо загальна напруга (DC плюс RF) на PIN-діоді негативна, є носії у внутрішній області протягом усього радіочастотного циклу. Якщо напруга постійного струму негативне, носії видаляються з внутрішньої області і діод виглядає як великозначний резистор при РФ. PIN-діод використовується як мікрохвильовий вимикач, керований постійною напругою.

Стабілітрон: Стабілітрони - це pn перехід або діоди Шотткі, які були спеціально розроблені, щоб мати різкі характеристики зворотного пробою. Вони можуть бути використані для встановлення опорного напруги або, використовуватися як діод-обмежувач, для забезпечення захисту більш чутливих схем. Як обмежувач, вони знаходяться в пристроях зв'язку в конфігурації «спина до спини», щоб обмежити напруги, які можуть бути застосовані до чутливих радіочастотних схем.