Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод (стр. 1 из 5)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Филиал в г.Прокопьевске

Курсовая работа

ДИСЦИПЛИНА ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

Тема: Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

Выполнил: студент группы И-608

Кузнецов В.А.

Проверил: д.т.н. профессор

Масалов Е.В.

Прокопьевск 2009г

Содержание

Введение

1. Назначение и область применения

2. Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов

3. Общий принцип действия

4. Конструкция полупроводниковых диодов

5. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов

6. Выпрямительные диоды

7. Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды

8. Импульсные, высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды

9. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации

10. Эффекты полупроводника

11. Переход Шоттки

12. Изготовление

13. Достоинства и недостатки

14. Перспективы развития

Заключение

Список литературы

Введение

Диодами называют двухэлектродные элементы электрической цепи, обладающие односторонней проводимостью тока. В полупроводниковых диодах односторонняя проводимость обуславливается применением полупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя, один из которых обладает дырочной (p), а другой – электронной (n) электропроводностью.

Полупроводниковый диод представляет собой прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом.

1. Назначение и область применения

Назначение и применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно и зависит от вида конкретного диода. Основные виды диодов:

1) Выпрямительные диоды – п/п диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока. Основной характеристикой такого диода является коэффициент выпрямления равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

2) Высокочастотные диоды (СВЧ-диоды) – эти диоды предназначены для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты. Они используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц. В качестве высокочастотных обычно применяют точечные диоды, емкость электронно-дырочного перехода в которых составляет сотые и десятые доли пикофарад.

3) Варикапы – это диоды, работа которых основана на изменении емкости электронно-дырочного перехода в зависимости прикладываемого обратного напряжения. Эти диоды применяются в качестве конденсаторов с управляемой емкостью.

4) Стабилитроны – это диоды, используемые для стабилизации напряжения. В этих диодах используется наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический пробой.

5) Туннельные диоды - при больших концентрациях легирующих примесей заметно усиливается туннельный эффект p-n-перехода. При этом в ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением, что позволяет использовать его в схемах генерации и усиления электрических колебаний.

6) Импульсные диоды – это диоды, предназначенные для работы в импульсных схемах. В таких диодах перераспределение носителей зарядов в p-n-переходах при смене полярности напряжения происходит в десятые доли наносекунды. Чем меньше время переходных процессов, тем меньше искажается форма импульсов. Для ускорения переходных процессов уменьшают до возможного предела межэлектродную емкость, а также легируют область p-n-перехода небольшой присадкой золота.

2. Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов

Классификация диодов производится по следующим признакам:

1) По конструкции:

- плоскостные диоды;

- точечные диоды;

- микросплавные диоды.

2) По мощности:

- маломощные;

- средней мощности;

- мощные.

3) По частоте:

- низкочастотные;

- высокочастотные;

- СВЧ.

4) По функциональному назначению:

- выпрямительные диоды;

- импульсные диоды;

- стабилитроны;

- варикапы;

- светодиоды;

- тоннельные диоды

и так далее.

Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:

- маркировка диодов;

- условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических схемах.

По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.

Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений:

I – показывает материал полупроводника:

Г (1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия; И (4) – соединения индия.

II – тип полупроводникового диода:

Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды;

А – диоды СВЧ;

C – стабилитроны;

В – варикапы;

И – туннельные диоды;

Ф – фотодиоды;

Л – светодиоды;

Ц – выпрямительные столбы и блоки.

III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам (приведены в таблице 1).

IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

а) выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки

Рисунок 1 – Условное графическое обозначение

Таблица 1. Кодовая маркировка полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 10862-72

1-й элемент	Исходный материал	2-й элемент	Подкласс прибора	3-й элемент	Группа внутри подкласса
Г или 1	Германий	Д	Выпрямительные диоды	101-399	Диоды выпрямительные малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
К или 2	Кремний	201-299	Диоды выпрямительные средней мощности (0,3
А или 3	Арсенид галлия или другие соединения галлия	301-399	Импульсные
		401-499	Диоды импульсные с временем восстановления (tвос.обр.>150 нс)
		501-599	Диоды импульсные с временем восстановления 30 нс
		601-699	Диоды импульсные с временем восстановления 5 нс
		701-799	Диоды импульсные с временем восстановления 1 нс
		801-899	Диоды импульсные с временем восстановления <1 нс
Ц	Выпрямительные столбы и блоки	101-199	Выпрямительные столбы малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
		201-299	Выпрямительные столбы средней мощности (0,3
		301-399	Выпрямительные блоки малой мощности (Iпр.ср.<0,3A)
		401-499	Выпрямительные блоки средней мощности (0,3
А	Сверхвысокочастотные диоды	101-199	Смесительные
		201-299	Детекторные
		301-399	Модуляторные
		401-499	Параметрические
		501-599	Регулирующие
		601-699	Умножительные
		701-799	Генераторные
B	Варикапы	101-199	Подстроечные
		201-299	Умножительные
И	Диоды туннельные и обращенные	101-199	Усилительные
		201-299	Генераторные
		301-399	Переключающие
		401-499	Обращенные
С	Стабилитроны и стабисторы	201-299	Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 10 до 99 В
		301-399	Стабилитроны малой мощности (до 0,3 Вт) от 100 до 199 В
		401-499	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 0,1 до 9,9 В
		501-599	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) 10 от до 99 В
		601-699	Стабилитроны средней мощности (от 0,3 до 15 Вт) от 100 до 199 В
		701-799	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 0,1 до 9,9 В
		801-899	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 10 до 99В
		901-999	Стабилитроны большой мощности (от 5 до 25 Вт) от 100 до 199В
Л	Излучатели	101-199	Инфракрасного излучения
		201-299	Видимого излучения с яркостью менее 500 кд/м2
		301-399	Видимого излучения с яркостью более 500 кд/м2
Н	Динисторы	101-199	Динисторы малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
		201-299	Динисторы средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А
У	Тиристоры	101-199	Тиристоры малой мощности со средним током в открытом состоянии менее 0,3 А
		201-299	Тиристоры средней мощности со средним током в открытом состоянии от 0,3 до 10 А
		301-399	Запираемые тиристоры малой мощности с запираемым током менее 0,З А
		401-499	Запираемые тиристоры средней мощности с запираемым током от 0,3 до 10 А
		501-599	Симисторы малой .мощности с действующим током до 0,3 А
		601-699	Симисторы средней мощности с действующим током от 0,3 до 10 А

3. Общий принцип действия

В полупроводнике n-типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (n_n >> n_p). В полупроводнике p-типа основными носитялеми являются дырки (n_p >> n_n). При контакте двух полупроводников n- и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис.1). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между p- и n-областями запирающее напряжение Uз, приблизительно равное 0,35 В для германиевых n–p-переходов и 0,6 В для кремниевых.