Общая электротехника Однофазный переменный ток Трехфазные цепи Машины постоянного и переменного тока Трансформаторы и выпрямители Электроника Теория электросвязи Анализ электрических цепей Мощность трехфазной цепи

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

ЭЛЕКТРОНИКА

Полупроводниковые диоды

В полупроводниковых диодах используются специфические явления, возникающие на границе двух полупроводников с разным типом проводи­мости: р и n (рис. 111).

 


Рис. 111. Распределение носителей зарядов на границе

двух полупроводников с разным типом проводимости

при отсутствии приложенного напряжения

В полупроводнике n-типа основными носителями зарядов являются электроны, а в полупроводнике р-типа – дырки.

Вследствие разности концентраций свободных дырок и электронов по обе стороны от границы полупроводников при разомкнутой цепи источ­ника энергии из полупроводника n-типа часть электронов диффундирует в полупроводник р-типа, а из полупроводника р-типа часть дырок диффун­дирует в полупроводник n-типа. В результате этого на границе полупро­водников образуется слой из неподвижных отрицательных и положитель­ных объемных зарядов, между которыми возникает электрическое поле напряженностью ε. При некотором значении напряженности электрического поля в p-n переходе диффузия через границу полностью прекращается, т.е. возникает запирающий слой.

Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении (прямое напряжение), то под действием электрического поля напряженностью ε1, возникающего между электродами за счет действия внешнего источника напряжения, произойдет уменьшение напряженности электрического поля ε в области p-n перехода, что приведет к открыванию диода (рис. 112). При этом через диод будет протекать прямой ток, обусловленный основными носителями зарядов.

Если к диоду приложить напряжение в обратном направлении (обратное напряжение), то под действием электрического поля внешнего источника напряжения напряженностью ε1, возникающего между электродами за счет действия внешнего источника напряжения, произойдет увеличение напряженности электрического поля ε в области p-n перехода, что приведет к увеличению запирающего слоя и к закрытию диода (рис. 113). При этом через диод будет протекать незначительный обратный ток, обусловленный неосновными носителями зарядов.

 


Рис. 112. Протекание тока через полупроводники с разным типом

проводимости при приложенном прямом напряжении

(R – токоограничивающее сопротивление)

 


Рис. 113. Распределение носителей зарядов на границе двух

полупроводников с разным типом проводимости

при приложенном обратном напряжении

Таким образом, в полупроводниковых диодах используется свойство p-n перехода проводить ток практически в одном направлении.

На электрической схеме графическое изображение диода указывает направление протекания прямого тока (рис. 114), который направлен от положительного электрода (типа р) к отрицательному электроду (типа n). Положительный электрод называется анодом (А), отрицательный – катодом (К).

   


Работа полупроводникового диода характеризуется вольт-амперной характеристикой (рис. 115).

 


Рис. 115. Вольт-амперная характеристика диода

Нагрузочную способность диода определяют предельно допустимый прямой ток Iпр.макс и предельно допустимое обратное напряжение Uобр.макс. Обратный ток диода Iобр очень мал (единицы или десятки мкА) и практически не учитывается. Если же Uобр превысит предельно допустимое значение, произойдет резкое (лавинное) увеличение обратного тока, что приведет к необратимому пробою диода и выходу его из строя. Поэтому при работе диодов в выпрямительных схемах Uобр не должно превышать предельно допустимого значения. Чтобы прямой ток не превышал допустимого значения, последовательно с диодом должно быть включено токоограничивающее сопротивление (или какая-то нагрузка). Падение напряжения на открытом диоде Uпр невелико и составляет обычно (0,5–1,5) В.

В зависимости от предельно допустимой частоты тока и напряжения различают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные диоды.


Преимущества цифровой обработки сигналов