Туннельный диод. принцип действия и параметры кратко

Операция обратного смещения

я против. V кривая аналогична характеристической кривой туннельного диода. Он имеет «отрицательное» дифференциальное сопротивление в заштрихованной области напряжения между V1 и V2.

При использовании в обратном направлении туннельные диоды называются задние диоды (или же обратные диоды) и может действовать так быстро выпрямители с нулевым напряжением смещения и исключительной линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратный закон характеристика в обратном направлении). Под обратное смещениезаполненные состояния на P-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на N-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер P-N перехода в обратном направлении.

Отрицательное сопротивление

Согласно закону Ома классическая зависимость силы тока и напряжения носит прямо пропорциональный характер – чем выше прикладываемая к нагрузке разность потенциалов, тем больше сила тока. В туннельных диодах, в очень узком интервале входных напряжений, при увеличении прямого смещения дифференциальное сопротивление диода становится отрицательным, и ток не растёт, а, напротив, падает.

Сила тока уменьшается до некоего минимального значения, зависящего от параметров конкретного радиокомпонента. При дальнейшем повышении напряжения ток снова начинает расти, и вольт-амперная характеристика возвращается к своему обычному виду. Данное изменение силы тока выглядит как импульс, то есть поведение туннельного диода в этот момент напоминает функционирование генератора.

График работы туннельного диода.

Повторимся, что описанное явление наблюдается в чрезвычайно узком интервале входной разности потенциалов, поэтому рабочие напряжения туннельных диодов не превышают единиц милливольт. Это делает элементы почти идеальными детекторами малых смещений и позволяет использовать их в низковольтной переключающей аппаратуре – всевозможных коммутаторах и так далее. В перечень основных характеристик туннельного диода входят следующие:

  1. пиковый ток и ток впадины;
  2. пиковое напряжение и напряжение впадины;
  3. удельная ёмкость;
  4. резистивная и резонансная частоты.

Именно по этим параметрам подбираются радиокомпоненты для конкретных устройств. Для того чтобы возник туннельный эффект, полупроводник должен быть особым образом подготовлен. Технологически это осуществляется с помощью легирования металлическими примесями. Полупроводник при этом легируется настолько интенсивно, что его собственные свойства почти исчезают. Именно поэтому такие материалы называются вырожденными.

Схема работы туннельного диода.

Некоторые учёные называют вырожденные полупроводники полуметаллами – настолько сильны у них металлические свойства. Тем не менее, этого недостаточно для признания их типичными металлами. То есть диод, изготовленный из вырожденных полупроводников, ведёт себя всё-таки, как обычный вентиль, то есть при приложении обратного смещения запирается.

Узкий p-n-переход

Другая особенность туннельного диода состоит в чрезвычайно небольшой толщине p-n-перехода. Узость переходной зоны определяется невысокой концентрацией собственных носителей заряда в полупроводниках. Небольшая толщина p-n-перехода является причиной высокого уровня напряжённости электрического поля, которая и является основным фактором того, что электроны получают достаточно энергии для того, чтобы преодолеть запрещённую энергетическую зону и пройти через p-n-переход в обратном направлении.

Частотные свойства туннельных диодов

Физика вырожденных полупроводников обуславливает отсутствие накопления неосновных носителей заряда в базе диода – они все задействованы в туннелировании. Из-за этого время протекания переходных процессов оказывается ничтожно малым – порядка долей наносекунд. Это даёт широкие возможности использования туннельных диодов в сверхвысокочастотных устройствах, работающих с сигналами частотой до сотен ГГц.

https://youtube.com/watch?v=Y0dsMgwe5iA

Классификация диодов

По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы:

  • германиевые,
  • кремниевые,
  • из арсенида галлия,
  • из фосфида индия.

Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые.

Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм).

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды:

  • точечные,
  • плоскостные.

По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы:

  • выпрямительные,
  • универсальные,
  • импульсные,
  • варикапы,
  • стабилитроны (опорные диоды),
  • стабисторы,
  • туннельные диоды,
  • обращенные диоды,
  • лавинно-пролетные (ЛПД),
  • тиристоры,
  • фотодиоды, с
  • ветодиоды и оптроны.

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами:

  • током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток Іпр);
  • током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток Іобр);
  • наибольшим допустимым выпрямленным ТОКОМ Івыпр.макс;
  • наибольшим допустимым прямым током Іпр.доп.;
  • прямым напряжением Unp;
  • обратным напряжением иобР;
  • наибольшим допустимым обратным напряжением иобр.макс
  • емкостью Сд между выводами диода;
  • габаритами и диапазоном рабочих температур.

История изобретения

«Генерирующий детектор»

Впервые «генерирующий детектор» — диод, образованный контактом металла с полупроводником и имеющий отрицательное дифференциальное сопротивление — был продемонстрирован Уильямом Экклзом в 1910 году, но в то время не вызвал интереса.

В начале 1920-х годов советский радиолюбитель, физик и изобретатель Олег Лосев независимо от Экклза обнаружил эффект отрицательного дифференциального сопротивления в диодах из кристаллического оксида цинка. Этот эффект получил название «кристадинный» и использовался для генерации и усиления электрических колебаний в радиоприёмниках и передатчиках, но вскоре был вытеснен из практической радиотехники электровакуумными приборами. Механизм возникновения кристадинного эффекта неясен. Многие специалисты предполагают, что он вызван туннельным эффектом в полупроводнике, но прямых экспериментальных подтверждений этого (по состоянию на 2004 год) получено не было. Существуют и другие физические явления, способные послужить причиной кристадинного эффекта. При этом кристадин и туннельный диод — это разные устройства, и отрицательное дифференциальное сопротивление у них проявляется на разных участках вольт-амперной характеристики[источник не указан 710 дней].

Собственно туннельный диод

Впервые туннельный диод был изготовлен на основе германия в 1957 году Лео Эсаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за экспериментальное обнаружение эффекта туннелирования электронов в этих диодах.

Приложения [ править ]

Туннельный диод показал большие перспективы в качестве генератора и высокочастотного порогового (триггерного) устройства, поскольку он работал на частотах, намного превышающих возможности тетрода: в микроволновых диапазонах. Применения туннельных диодов включают гетеродины для телевизионных тюнеров УВЧ , схемы запуска в осциллографах , схемы высокоскоростных счетчиков и схемы генератора импульсов с очень быстрым нарастанием. В 1977 году спутниковый приемник Intelsat  V использовал входной микрополосковый туннельный диодный усилитель (TDA) в полосе частот 14–15,5 ГГц. Такие усилители считались самыми современными, с лучшими характеристиками на высоких частотах, чем любые входные каскады на транзисторах . Туннельный диод можно также использовать в качестве малошумящего СВЧ-усилителя. 13–64 С момента своего открытия более традиционные полупроводниковые устройства превзошли свои характеристики с использованием традиционных методов генерации. Для многих целей устройство с тремя выводами, такое как полевой транзистор, более гибкое, чем устройство с двумя выводами. Практические туннельные диоды работают при нескольких миллиампер и нескольких десятых вольта, что делает их маломощными устройствами. Ганна диод имеет аналогичную возможность высокой частоты и может обрабатывать больше энергии.

Туннельные диоды также более устойчивы к ионизирующему излучению, чем другие диоды. необходима цитата Это делает их хорошо подходящими для условий с более высоким уровнем излучения, например, в космосе.

Долголетие править

Туннельные диоды подвержены повреждению из-за перегрева, поэтому при их пайке требуется особая осторожность.

Туннельные диоды отличаются своей долговечностью, и приборы 1960-х годов все еще работают. В статье в Nature Эсаки и соавторы заявляют, что полупроводниковые устройства в целом чрезвычайно стабильны, и предполагают, что их срок годности должен быть «бесконечным» при хранении при комнатной температуре . Далее они сообщают, что небольшое испытание устройств 50-летней давности выявило «отрадное подтверждение долговечности диода». Как было замечено на некоторых образцах диодов Esaki, позолоченные стальные штыри могут на самом деле корродировать и замыкать корпус. Обычно это можно диагностировать и лечить с помощью простой техники перекиси / уксуса, обычно используемой для ремонта печатных плат телефона, и диод внутри обычно все еще работает.

Излишки российских компонентов также надежны и часто могут быть куплены за несколько пенсов, несмотря на то, что первоначальная стоимость находилась в диапазоне 30–50 фунтов стерлингов. Блоки , как правило , проданные на основе GaAs , и имеют I ркI v соотношении 5: 1 в пределах 1-20 мА I рк , и поэтому они должны быть защищены от перегрузки по току.

Операция обратного смещения

я против. V кривая аналогична характеристической кривой туннельного диода. Он имеет «отрицательное» дифференциальное сопротивление в заштрихованной области напряжения между V1 и V2.

При использовании в обратном направлении туннельные диоды называются задние диоды (или же обратные диоды) и может действовать так быстро выпрямители с нулевым напряжением смещения и исключительной линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратный закон характеристика в обратном направлении). Под обратное смещениезаполненные состояния на P-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на N-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер P-N перехода в обратном направлении.

Операция обратного смещения [ править ]

Кривая зависимости I от V аналогична характеристической кривой туннельного диода. Он имеет «отрицательное» дифференциальное сопротивление в заштрихованной области напряжения между V 1 и V 2 .

При использовании в обратном направлении туннельные диоды называются обратными диодами (или обратными диодами ) и могут действовать как быстрые выпрямители с нулевым напряжением смещения и крайней линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратичную характеристику в обратном направлении). При обратном смещении заполненные состояния на P-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на N-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер PN-перехода в обратном направлении.

Вольт-амперная характеристика туннельного диода

При прямом смещении туннельная проводимость наступает в диоде из-за их сильного легирования. Ток в диоде достиг своего максимального значения IP при подаче на него напряжения Vp. При дальнейшем увеличении напряжения ток через диод уменьшается. И он продолжает уменьшаться, пока не достигнет своего минимального значения. Это минимальное значение тока называется током впадины Iv.

Приведенный выше график показывает, что при переходе из точки А в точку В величина тока уменьшается с ростом напряжения. Итак, от A до B на графике показана область отрицательного сопротивления туннельного диода

Данная область показывает наиболее важное свойство диода. Здесь, в показанной области, туннельный диод отдает энергию, а не поглощает ее

Тиристоры

На основе базового символа диода построены и условные обозначения тиристоров (от греческого thyra — дверь и английского (resi)stor — резистор). Это диоды, представляющие собой чередующиеся слои кремния с электропроводностью типов р и п. Таких слоев в тиристоре четыре, т. е. он имеет три р-п перехода (структура р-п-р-п).

Тиристоры нашли широкое применение в различных регуляторах переменного напряжения, в релаксационных генераторах, коммутирующих устройствах и т. д.

Рис. 7. Тиристор и его обозначение на принципиальных схемах.

Тиристоры с выводами только от крайних слоев структуры называют динисторимн и обозначают символом диода, перечеркнутым отрезком линии, паралельной черточке-катоду (рис 7,а). Такой же прием использован и при построении обозначения симметричного динистора (рис. 7, б), проводящего ток (после включения) в обоих направлениях.

Тиристоры с дополнительным (третьим) выводом (от одного из внутрених слоен структуры) называют тринисторами. Управление по катоду в обозначении этих приборов показывают ломаной линией, присоединенной к символу катода (рис. 7,в), по аноду — линией, продолжающей одну из сторон треугольника, символизирующего анод (рис. 7,г).

Условное обозначение симметричного (двунаправленного) трииистора получают из символа симметричного динистора добавлением третьего вывода (рис. 7,(5).

Преимущества и недостатки

Плюсы туннельных диодов:

  • особая вольтамперная характеристика в определенном интервале напряжений;
  • уникальное быстродействие, малая инерционность;
  • устойчивость к ионизирующему излучению;
  • сниженное потребление электроэнергии от источника электропитания.

Существенным недостатком полупроводников этого типа является значительное старение, которое приводит к изменению их свойств, а следовательно, к нарушению нормальной функциональности устройства. «Туннельники» могут утратить прежние параметры не только из-за превышенных рабочих режимов, но даже из-за длительного хранения, после чего они превращаются в «обращенные» полупроводники.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода состоит из прямой и обратной ветви. Расположены они в I и в III квадрантах, так как направление тока и напряжения через диод всегда совпадают. По вольт-амперной характеристике можно определить некоторые параметры, а также наглядно увидеть, на что влияют характеристики прибора.

Напряжение порога проводимости

Если к диоду приложить прямое напряжение и начать его увеличивать, то в первый момент ничего не произойдет – ток расти не будет. Но при определенном значении диод откроется, и ток будет увеличиваться в соответствии с напряжением. Это напряжение называется напряжением порога проводимости и на ВАХ отмечено, как Uпорога. Оно зависит от материала, из которого изготовлен диод. Для самых распространенных полупроводников этот параметр составляет:

  • кремний – 0,6-0,8 В;
  • германий – 0,2-0,3 В;
  • арсенид галлия – 1,5 В.

Свойство германиевых полупроводниковых приборов открываться при малом напряжении используется при работе в низковольтных схемах и в других ситуациях.

Максимальный ток через диод при прямом включении

После того, как диод открылся, его ток растет вместе с увеличением прямого напряжения. Для идеального диода этот график уходит в бесконечность. На практике этот параметр ограничен способностью полупроводникового прибора рассеивать тепло. При достижении определенного предела диод перегреется и выйдет из строя. Чтобы этого избежать, производители указывают наибольший допустимый ток (на ВАХ – Imax). Его можно приблизительно определить по размеру диода и его корпусу. В порядке убывания:

  • наибольший ток держат приборы в металлической оболочке;
  • на среднюю мощность рассчитаны пластиковые корпуса;
  • диоды в стеклянных оболочках используются в слаботочных цепях.

Металлические приборы можно устанавливать на радиаторах – это увеличит мощность рассеяния.

Обратный ток утечки

Если приложить к диоду обратное напряжение, то малочувствительный амперметр ничего не покажет. На самом деле только идеальный диод не пропускает никакого тока. У реального прибора ток будет, но он очень мал, и называется обратным током утечки (на ВАХ – Iобр). Он составляет десятки микроампер или десятые доли миллиампер и намного меньше прямого тока. Определить его можно по справочнику.

Напряжение пробоя

При определенном значении обратного напряжения возникает резкий рост тока, называемый пробоем. Он носит туннельный или лавинный характер и является обратимым. Этот режим используется для стабилизации напряжения (лавинный) или для генерации импульсов (туннельный). При дальнейшем увеличении напряжения пробой становится тепловым. Этот режим необратим и диод выходит из строя.

Паразитическая ёмкость pn-перехода

Уже упоминалось, что p-n переход обладает электрической ёмкостью. И если в варикапах это свойство полезно и используется, то в обычных диодах оно может быть вредным. Хотя ёмкость составляет единицы или десятки пФ и на постоянном токе или низких частотах незаметна, с повышением частоты её влияние возрастает. Несколько пикофарад на ВЧ создадут достаточно низкое сопротивление для паразитных утечек сигнала, сложатся с существующей ёмкостью и изменят параметры цепи, а совместно с индуктивностью вывода или печатного проводника образуют контур с паразитным резонансом. Поэтому при производстве высокочастотных приборов принимают меры для снижения ёмкости перехода.

Использует [ редактировать ]

Их «отрицательное» дифференциальное сопротивление в части их рабочего диапазона позволяет им работать как генераторы и усилители , а также в схемах переключения с использованием гистерезиса . Они также используются как преобразователи частоты и детекторы . : 7–35 Их низкая емкость позволяет им работать на сверхвысоких частотах, намного превышающих диапазон обычных диодов и транзисторов .

Туннельный диодный усилитель 8–12 ГГц, около 1970 г.

Из — за их низкую выходную мощность, не используется широко туннельные диоды: Их ВЧ выход ограничен до нескольких сот милливатт из — за их небольшой размах напряжения. Однако в последние годы были разработаны новые устройства, использующие туннельный механизм. Резонансно-туннельный диод (RTD) , достиг некоторых из самых высоких частот любого твердотельного генератора.

Другой тип туннельного диода — диод металл – изолятор – изолятор – металл (МИИМ), в котором дополнительный слой изолятора позволяет « ступенчатое туннелирование » для более точного управления диодом. Существует также диод металл-изолятор-металл (MIM), но из-за присущей ему чувствительности его настоящее применение, похоже, ограничено исследовательскими средами.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

  • Имеет большое значение тока утечки;
  • Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
  • Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт

При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Диоды иностранных производителей

Похожий принцип с некоторыми отличиями используется в системе маркировки диодов импортного образца. Отличают три стандарта:

  1. JEDEC – американский. Каждый диод представлен в виде набора обозначений в виде 1NXY, где X – это серийный номер, а Y – модификация. Первые два символа есть у всех приборов, поэтому в цветовой маркировке их не учитывают. Каждой цифре или литере соответствует свой цвет, согласно таблице.
  2. PRO-ELECTRON – европейский. Две буквы в начале – материал и подкатегория диода. Серийный номер может иметь вид значения от 100 до 999 (бытовые приборы) либо с добавлением литер (Z10-A99), подразумевающих промышленное применение. Каждое из значений кодируется в цветовой элемент.
  3. JIS – японский. Заметно отличается от предыдущих – в начале указывается функциональный тип: фотодиод, обычный диод, транзистор или тиристор. Затем идет S – обозначение полупроводника; следующая литера – тип прибора внутри категории, затем серийный номер и буква модификации (одна или две).

Запомнить все сочетания практически невозможно. Если усвоить хотя бы основные соответствия, разобраться в назначении диода удастся гораздо быстрее.

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

  1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
  2. незначительная собственная ёмкость;
  3. малый обратный ток;
  4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

  1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
  2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
  3. Максимальный (средний) прямой ток;
  4. Максимальный импульсный прямой ток;
  5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
  6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
  7. Максимальная рабочая частота диода;
  8. Время обратного восстановления;
  9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Устройство

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Диод Шоттки — принцип работы, назначение :: SYL.ru

Диод Шоттки — это полупроводниковый прибор (диод) реализованный за счет контакта металл-полупроводник. Свое имя получил в честь немецкого физика Вальтера Шоттки.

Особенности диодов Шоттки

В 1938 г. ученым была создана основа теории этих полупроводниковых приборов. Вместо p-n перехода в таких диодах в качестве барьера применен металл-полупроводник. Область полупроводникового материала объединена основными носителями. В месте контакта начинает формироваться область заряда ионизованных акцепторов. В результате в районе перехода возникает потенциальный барьер, который получил название барьера Шоттки. Изменение его уровня приводит к изменению значения тока, протекающему сквозь диод Шоттки. Главной особенностью таких полупроводниковых приборов считается низкий уровень понижения прямого напряжения после p-n перехода, а также отсутствие уровня заряда обратного восстановления.

Диоды Шоттки работают в диапазоне температур от минус 650 до плюс 1600 по Цельсию, значение допустимого обратного напряжения выпускаемых в промышленности диодов ограничено 250 В. Однако широкое применение эти приборы получили в промышленной электронике в низковольтных цепях, обратное напряжение которых ограничено пределом до десятков вольт. Диод Шоттки позволяет получать необходимое значение потенциального барьера путем подбора нужного металла. Достаточно низкий уровень высокочастотного шума позволяет использовать такие диоды в импульсных блоках питания, в цифровой аппаратуре, в качестве приемников излучения, модуляторов света, в трансформаторных блоках аналоговой аппаратуры. Они нашли широкое применение при конструировании солнечных батарей. Принцип барьера Шоттки используют при проектировании и изготовлении быстродействующих СВЧ-диодов. Диод Шоттки конструктивно исполнен в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусах. Также эти приборы выпускаются в SMD-корпусах.

Достоинства и недостатки

Их достоинством, в отличие от кремниевых диодов, является довольно низкое падение напряжения (до 0,2-0,4 вольт). Такое малое значение падения характерно исключительно для диодов Шоттки. Барьер Шоттки тоже имеет меньшее значение электрической емкости перехода, это позволяет заметно повышать рабочую частоту прибора. Также эти устройства характеризуются пониженным значением уровня помех. Диод Шоттки имеет и ряд недостатков. Главным является высокая чувствительность к кратковременным скачкам обратного тока и напряжения, в результате чего происходит короткое замыкание, а диод перегорает. Также диоды такого типа характеризуются увеличением значения обратного тока при повышении температуры кристалла.

По мощности эти полупроводниковые приборы можно разбить на три группы: маломощные (проходной ток их не превышает 3-5 ампер), средней мощности (до 10 ампер) и мощные (ток достигает 60 ампер). Мощные диоды Шоттки используются для работы в приборах, служащих для выпрямления переменного тока. Они обеспечивают прохождение прямого тока, достигающего десятков ампер. При этом падение напряжения на диоде составляет всего 0,5-1 В. Допустимое же значение обратного напряжения в диодах Шоттки —  200-500 В.

Похожие записи:

Default ThumbnailСветодиодные прожекторы на 50 вт: обзор моделей и цены Расчет освещенности помещения со светодиодными светильниками Обозначения постоянного и переменного тока: ac и dc ток Как выбрать узо + рейтинг лучших производителей Как защитить компьютер или ноутбук от плохой сети 220в. и надо ли защищать? Поезда на магнитной подушке