Разновидности полупроводниковых диодов, их принципиальные отличия

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами) для включения в электрическую цепь и обладающий способностью хорошо пропускать через себя электрический ток (p-n-переход) одного направления и плохо - противоположного направления. Это свойство диода используют, например, в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный (ток одного направления).

Полупроводниковый стабилитрон — полупроводниковый диод, у которого напряжение в области электрического пробоя слабо зависит от тока; используется для стабилизации напряжения. Работает на участке электрического пробоя р-n -перехода. Для предотвращения теплового пробоя конструкция стабилитрона обеспечивает эффективный отвод тепла от р-n -перехода. Чаще всего материалом для стабилитронов служит кремний. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона приведена на рис.

Из рис.видно, что в области пробоя напряжение на стабилитроне U_CT лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации I_CT. Такую характеристику стабилитрона применяют для получения стабильного напряжения. В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удель­ного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоко­вольтных) – лавинный пробой.

Туннельный диод– это полупроводниковый диод, в ко­тором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особен­ностью является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрица­тельным дифференциальным сопротивлением. Для примера изобразим прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного уси­лительного диода, предназначенного для уси­ления в диапазоне волн 2...10 см (это соответствует час­тоте более 1 ГГц).

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обес­печивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основно­го элемента генераторов. В настоящее время они используются именно для сверхвысоких частот.

Обращенный диод– это полупроводниковый диод, фи­зические явления в котором подобны физическим явле­ниям в туннельном диоде, поэтому его рассматривают как разновидность туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопро­тивлением на ВАХ обращенно­го диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обращенный диод обладает вентильными свойствами при малых напряжениях именно в той области, где обычные выпрямительные диоды этими свойствами не обладают. При этом направлением наибольшей проводимости является направление, соответствующее обратному току.

Варикап— полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкостир-n -перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой величиной емкости. Для изготовления варикапов является кремний. Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения показана на рис.

Варикапы применяют в системах дистанционного управления и в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов.

Фотодиод, фотоэлемент полупроводниковый, светодиод — полупроводниковые диоды, использующие эффект взаимодействия излучения (видимого, инфракрасного или ультрафиолетового) с носителями заряда (электронами и дырками) в запирающем слое р-n перехода.

Лавинно-пролетные диоды работают в режиме электрического пробоя при постоянном обратном напряжении и при некоторых условиях обладают отрицательным сопротивлением переменному току, что позволяет их использовать для усиления и генерации колебаний.

Допустим, к лавинно-пролетному диоду приложено постоянное обратное и некоторое переменное напряжение. При положительной полуволне обратного напряжения в режиме пробоя происходит лавинообразное нарастание тока – «электрическая лавина». Вследствие инерционности процессов в полупровод­никах этот ток достигает максимума с некоторым запаздыванием по отношению к вызвавшей его полуволне переменного напряжения. Под действием постоянного напряжения «лавина» продолжает двигаться и в течение следующего, отрицательного полупериода. Так импульс тока, соответствующий лавине, противоположен по знаку отрицательной полуволне переменного напряжения. Следовательно, для переменного тока возникает отрицательное сопротивление. На более низких частотах инерционность слишком мала, и запаздывание импульса тока также мало, поэтому отрицательное сопротивление отсутствует.