Жартылай өткізгішті диодтар

 

 

Егер сыртқы кернеу көзін металға, ал минусын п-түрдегі жартылай өткізгішке қосса, онда потенциалдың тосқауыл төмендейді жөне өту арқылы тура ток ағады. Қарама-қарсы қосылыста потенциалды тосқауыл өседі және ток өте кіші шамада болады.

Шоттка диодының жұмысында негізгі емес тасымалдаушы инжекциясы болмайды және сәйкес жинақталу мен тартылу құбылысы да жоқ, сондьщтан Шоттка диоды өте шапшаңдықты құрал болады.

Олар ондаған гигагерц (Г Гц = 1ЧЧ109Гц)жиілігінде жұмыс істейді. Шоттка диодының кремнийлі құралдарға қарағанда тогы және кіші тура кернеуі - 0,5 В шамасында аз болады. Максималды мүмкіндікті тура ток - ондаған және жүздеген амперді құрайды, ал максималды мүмкіндікті кернеу - жүздеген вольт.

Мысал ретінде импульстік қондырғының жұмысына арналған Шоттка тосқауылмен (Шоттка диоды) КД923А кремнийлі диодтың вольт-амперлік сипаттамасын алуға болады. 

Варикап

Варикап - бұл конденсатор ретінде қолданылатын, сыйымдылық шамасы кернеу арқылы басқарылатын жартылай өткізгішті диод. Варикаптың графиктік шартты белгісі 2.6, б-суретте көрсетілген.

Варикап диодына кері кернеу түседі, сондықтан варикаптың сыйымдылық, тосқауылы кері кернеу өскен сайын (модуль бойынша) төмендейді. Варикап сыйымдылығының өзгеруі қарапайым диодтың өзгеру сипаттамасына ұқсас. Мұндай конденсатордың сыйымдылығы кері кернеу кезіндегі р- п- өту сыйымдылығы болып табылады. Кері кернеудің мәнін өзгерте отырып, р- п- өту кеңдігін басқаруға болады.

 

1.4 Р-п- өту қабатының тесіп өтуі

 

Тесіп өту деп өтудің кері байланыс кезіндегі жүмыс режимінің күрт өзгеруін айтады.

 

Тесіп өту басталғаннан кейін кері токтың өсу әсерінен кері кернеу де өседі. Кері кернеу өзгеріссіз болса немесе азайса да (модулі бойынша), тесіп өту процесінде ток өсуі мүмкін. Р- п- өтудің вольт-амперлік сипаттамасьщ бейнелейік (2.15-сурет).

 

Тесіп өту басында өтудің дифференциалдық кедер-

гісі гдиФ = du/di КҮРТ азаяды

кері кернеу гдиф<0 (мо-дулі бойынша) азайған сайын ток өседі

2.15-сурет. Р-п-өтудің волът-амперлік сипаттамасы

 

р-п — өтудің тесіп өту негізінде үш негізгі физикалың факторлар жатыр:

р- п- өтудің туннельді тесіп өтуі (Зенер құбылысы, эффект);

р- п- өтудің көшкінді тесіп өтуі;

р- п- өтудің жылулық тесіп етуі.

Туннельді және көшкінді тесіп өтулерді электрлік тесіп өту дейді. Барлық үш түрлі тесіп өтулерді қарастырайық.

Туннелъді тесіп өту

Оны осы құбылысты алғаш сипаттаған ғалымның атымен зенерлік тесіп өту деп те атайды. Туннельді тесіп өтудің механизмін түсіндіру үшін р- п- өтудің сәйкес аймақтық диаграммасын бейнелейік.

Егер валентті зона және өткізгіш зона арасындағы арақашықтық (кеңдігі, тосқауыл жуандығы) жеткілікті аз болса, онда туннельді эффект құбылысы пайда болады. Туннельді тесіп өтур- п- өтуде базалы түрге ие, оның, меншікті кедергісі төмен болады.

 

 

Көшкінді тесіп өтпу

Көшкінді тесіп өтудің механизмі газдағы ионизация соғуының механизмі сияқты (2.17-сурет).

Саңылау (немесе электрон) атоммен соғылғанда атом ионизациясына қажетті энергиясын табады да, одан көшкінді тесіп өту пайда болады. Заряд тасымалдау-Шы соққыға дейін арақашықтығын бос жүгіру уақыты Деп атайды. Көшкінді тесіп өту жоғарғы Омдық базалы өтулерде орын алады.

 

1.5 Жылулық тесіп өту.

 

Жылулық тесіп өтуден токтың өсуі р - п өту аймағында жартылай өткізгіштің қызуымен түсіндіріледі, соған сәйкес меншікті өткізгіштік те өседі. Жылулық тесіп өту теріс дифференциалды кедергімен сипатталады. Егер жартылай өткізгіш кремний болса, онда кері кернеуді өсіргенде жылулық тесіп өту электрліктен кейін пайда болады (электрлік тесу кезінде жартылай өткізгіштік қызады да, жылулық тесіп өту басталады). Электрлік тесуден кейін р-n өту өз қасиеттерін өзгертпейді. Жылулық тесіп өтуден кейін жартылай өткізгіштік жеткілікті түрде қыза алмаса, өтудің қасиеттері тұрақты өзгереді (жартылай өткізгішті құрал істен шығады).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация және белгілену жүйесі

 

Қазіргі кездегі жартылай өткізгішті диодтар өзінің қызметі, физикалық қасиеті, негізгі электрлік параметрі және құрылымды-технологиялық белгісі бойынша классификацияланады.

Белгілену жүйесі бойынша:

• бірінші элемент - сан немесе әріп, жартылай өткізгіш материалын көрсетеді;
• екінші элемент - әріп, құралдың класс түрін анықтайды;
• үшінші элемент - сан, құралдың негізгі функционалды мүмкіндігін көрсетеді;
• төртінші элемент - сан, өңдеу нөмірін көрсетеді;
• бесінші элемент - әріп, жалпы технология бойынша орындалған құралдың классификациясын анықтайды.

Жартылай өткізгіштік материалдың шарты келесі символдарды қолданады:

Г немесе 1-германий немесе оның қосылуын; К немесе 2-кремний немесе оның қосылуын; Л немесе 3-галлий қосылуын; И немесе 4-индий қосылуын.

 

 

Шодтардың класс түрін келесі символдар анықтайды:

д-түзеткіш және импульсті диод;

ц-түзеткіш бағана және блок;

В-варикап;

И-туннельді диод;

А-жоғарғы жиілікті диод;

С-стабилитрон;

Г-генератор шуылы;

Л-сәуле таратңыш оптоэлектрон құралдары.

Құралдың пайдалану белгісі келесі шартпен анықталады:

Диодтар (Д):

1-түрақты және орташа 0,3 А мәндегі  тура токтан аспайтын түзеткіш диод;

2-түрақты және орташа 0,3 А мәндегі  тура токтан аспайтын, бірақ 10 А  жоғары емес түзеткіш диод;

3-кері кедергісі 500 нс аспайтын қайта құру уақыттағы импульстік диод;

4-кері кедергісі 150 нс аспайтын, бірақ 500 нс жоғары емес қайта құру уақыттағы импульстік диод;

5-қалыптастыру уақыты 30... 150 нс импульстік диод;

6-қалыптастыру уақыты 5...30 нс импульстік диод;

7-қалыптастыру уақыты 1...5 нс импульстік диод;

8-негізгі емес заряд тасымалдаушы 1 нс жетпейтін импульстік диод.

Түзеткіш баганасы жэне блоктар (Ц класы):

1-тура ток 0,3 А аспайтын түрақты  және орта мәнді бағаналар;

2-тура ток 0,3... 10 А аспайтын тұрақты және орта бағаналар;

3-тура ток 0,3 А аспайтын тұрақты және орта мәнді блоктар;

4-тура ток 0,3...10 А аспайтын тұрақты және орта мәнді блоктар;

 

 

Варикаптор (В класы): 1-қатарлы варикап; 2-көбейткіш варикап.

Туннелъді диод (И класы): 1-күшейткііп туннельді диоды; 2-генераторльщ туннельді диоды; 3-ауыстырғыш туннельді диоды; 4-бағытталған диод.

Жогаргы жиілікті диодтар (А класы): 1-араластырғыш диод; 2-детекторлық диод; 3-күшейткіш диод; 4-параметрлік диод;

5-ауыстырғыш және шектегіш диод; 6-көбейткіш жөне күйге келтіру диоды; 7-генераторлық диод; 8-импульсті диод.

Стабилитрондар (С класы):

1-қуаттылығы 0,3 Вт-тан, номиналды тұрақтылық кернеуі 10 В аспайтын стабилитрон;

2-қуаттылығы 0,3 Вт-тан, номиналды тұрақтылық кернеуі 10-100 В аспайтын стабилитрон;

3-қуаттылығы 0,3 Вт-тан, номиналды тұрақтылық кернеуі 100 В аспайтын стабилитрон;

4-қуаттылығы 0,3-5 Вт-тан, номиналды тұрақтылык кернеуі 10 В аспайтын стабилитрон;

5-қуаттылығы 0,3-5 Вт-тан, номиналды тұрақтылық кернеуі 10-100 В аспайтын стабилитрон;

б-қуаттылығы 0,3-5 Вт-тан, номиналды тұрақтылык кернеуі 100 В аспайтын стабилитрон;

7-қуаттылығы 5-10 Вт-тан, номиналды тұрақтылық кернеуі 10 В аспайтын стабилитрон;

8-қуаттылығы 5-10 Вт-тан, номиналды тұрақтылык кернеуі 10-100 В аспайтын стабилитрон;

9-қуаттылығы 5-10 Вт-тан, номиналды тұрақтылы К кернеуі 100 В аспайтын стабилитрон;

 

Щуыл генераторы (Г класы):

1-төменгі жиілікті шуыл генераторы;

2-жоғарғы жиілікті шуыл генераторы;

Қосымша белгілік элемент ретінде келесі символдар колданылады:

1-9 сандар - құралдың электрлік параметрін немесе оның құрылымын өзгеріске келтіретін модификациялық белгі;

С әріпі - электрлік немесе біріңғай шығыстармен косылмаған, бір жалпы корпуста топтастырылған -жинақ белгісі;

Қцралдарды белгілеу мысалы:

2Д204В - В тобындағы өңдеу нөмірі 04, тұрақты және орташа ток мәні 0,3-10 А кремнийлі түзеткіш диоды.

2 Д 2   04 В

 

2 түрі В

04 жасалу номері

2  үлкен қуатты

Д  түзетуге арналган

2  кремнийлік

КС620А - А тобындағы, өңдеу нөмірі 20, номиналды кернеу тұрақтылығы 100 В асатын, қуаты 0,5-5 Вт, кремнийлі стабилитрон.

ЗИ309Ж - Ж тобындағы, өңдеу нөмірі 0, 9, арсенид-галийлі ауыстырғыш туннельді диод.

 

2.1 Жартылай өткізгіш диодтар. Түзеткіш диодтар. Стабилитрондар. Терморезисторлар, фоторезисторлар, тензорезисторлар, варикап, фотодиодтар.

 

Шала өткізгішті диод, бір ғана р –n ауысымы бар және кристалдан  ішкі екі шығысы бар әртүрлі электр өткізгіштігі бар электртүрлендіргіш жартылай өткізгішті аспап. Осы р –n ауысым барлық шала өткізгіштің қасиеттерін, техникалық параметрлерін анықтайды. Шала өткізгішті р –n ауысым кристалы салынған диодтың корпусы және кристалды бекітетін басқа да конструктивті элементтер корпуста диодтың эксплуатациялық сипаттамасын қамтамасыз етеді. Олар, температура әсері кезіндегі орнықтылық, вибрациялы жүктеме т.б.

Шала өткізгішті диод (вентиль) біреуі электрондық өткізгішті n – тектес , ал екіншісі кемтіктік өткізгішті р –тектес бар екі шала өткізгіштердің түйіспелік қосылысы болып табылады. n – шала өткізгіште электрондардың үлкен концентрациясы болуы нәтижесінде олар бірінші шала өткізгіштен екіншісіне қарай диффузия жасап өтеді. Дәл осылай екінші р – тектес шала өткізшгіштегі бірінші n – тектес шала өткізгіштің жұқа шекаралық қабатында оң заряд болады. Ал, р – тектес шала өткізгіштің шекаралық қабатында теріс заряд пайда болады. Осы екі қабат арасында потенциалдар айырмасы пайда болады  және электрондар мен  кемтіктердің бір шала өткізгіштен екіншісіне диффузия жасауына бөгет болатын кернеулігі Е электр өрісін тудырады. Сөйтіп екі шала өткізгіштің шекарасында заряд тасушылардан айырылған және үлкен кедергісі бар жұқа қабат пайда болады. Бұл қабат жапқыш немесе р –n ауысым деп аталады.

Жылулық қозғалыстың салдарынан негізгі емес заряд тасушылар р –n ауысының электр өрісі ықпалына түседі, р –n ауысуының өрісі күштердің әсерінен туатын негізгі емес заряд тасушылар қозғалысы негізгі заряд тасушылардың диффузиялық тоғының бағытына қарсы бағытта жүреді де дрейфтік немесе жылулық тоқ деп аталады. Өйткені ол температураға күшті дәрежеде тәуелді болады. Сыртқы электр өрісі болмаған кезде дрейфтік тоқ диффузиялық тоқпен теңеседі де, р –n ауысымы арқылы өтетін қосынды тоқ нольге тең болады.

Қоректену көзінің оң таңбалы қысқышын n- тектес шала өткізгіштің металл электродымен, ал теріс  таңбалы қысқышын р-тектес шала электродымен қоссақ, р –n ауысуы өрісімен Ен бағыттас болатын оны күшейтетін сыртқы электр өрісін Ес аламыз. Мұндай өріс жапқыш қабат арқылы негізгі заряд тасушылардың өтуіне бұрынғыдан да үлкен бөгет жасайды және диод арқылы негізгі емес заряд тасушылар есебінен пайда болатын кішкене тоқ Iкері жүреді. Оны 1-ші әдебиетте 133, в-суретінде көре аласыздар.

Өндірістік электрониканың барлық бағытындағы схематехникалық сұрақтарды шешуде шала өткізгішті диодтар кеңінен қолданылады. Атқаратын міндетіне қарай шала өткізгішті диодтар түзеткіштік, жоғары жиіліктік және өте жоғары жиіліктік, импульстік, стабилитрондар, төрт қабатты ажыратып- қосқышты,фотодиодтар, жарық диодтары болып бөлінеді.

 Көбінесе  төменгі жиіліктегі  айнымалы тоқты түзету үшін  түзеткіш диодтар  (50-100000 Гц) қолданылады. Одан басқа да түзеткіш диодтар  басқару схемаларында, және коммутацияда  қолданылады. Жасалатын материалына  қарай диодтар екі топқа бөлінеді; германиилі, және кремниилі. Гераманиилі диодты төменгі кернеуде қолданған дұрыс.

Жоғарғы жиіліктегі диодтар – бұлар, әмбебап міндеттегі шала өткізгішті аспап. Олар,  түзеткіш диодтар сияқты электронды құрылғыларда, тек аз электрлік жүктемеде, модуляторларда, детекторларда,  жиілікті түрлендіргіштерде, басқа да электрлік сигналдардың сызықты емес түрлендіргіштерінде қолданылады. Айнымалы тоқтағы түзеткіштер жиіліктің кең диапозонында (бірнеше жүздеген  мегагерц шамасында)  жұмыс істейді.

Импульсті диодтар, импулсьті техника құрылғысының кілтті элементі ретінде қолдануға арналған. Импулсьті диодтың контрукциясы  мен вольт-амперлі мінездемесі жоғарғы жиілікті диодтар сияқты болады.

Стабилитрондар – тұрақты кернеуді тұрақтандыру үшін арналған. Мұндай аспап жазықтық шала өткізгішті диодты білдіреді. Және де тогы өзгергенмен кернеуі тұрақты болып қалатын шала өткізгішті диод. Стабилитрон сонымен, әр түрлі құрылғыларда кернеуді тұрақтандыру үшін. Яғни кернеуді өзгертпей ұстап тұру үшін қолднаылады.

 

2.1 Стабилитрон.

 р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасының кері бұтағында жұмыс істейді (7-ші әдебиет, 230 бет, 10.12-суретті қараңыз). Вольт-амперлі сипаттаманың АВ бөлігінде тоқ өскенмен кернеудің тұрақты болып қалатындығы көрініп тұр. Стабилитрон тогы осы аралықта жататын жүктемелер үшін пайдаланылады. Тоқ одан әрі өскен кезде р-n өтпесі қатты қызып, электрлік тесілу жылулық тесілуге айналуы мүмкін.

Стабилитронның негізгі параметрлері: сипаттаманың кернеуі тұрақты бөлігіндегі динамикалық кедергісі Rд, кернеудің тұрақты мәніне сәйкес минимал тоғы  Iст. min , кернеудің тұрақты мәніне сәйкес максимал тоғы I cn .max, кернеудің температуралық коэффициенті  TKU. Қазіргі кезде қолданып жүрген стабилитрондардың тұрақтандыру кернеуі    Uст = 1… 1000 В,   минимал тоғы тоғы  Iст. min = 1…10 мА, максимал тоғы I cn .max = 50…2000 мА , динамикалық кедергісі Rд= 0,5 … 200 Ом, ал кернеудің кемпературалық коэффициенті