Электронно-дырочный переход (стр. 3 из 3)
Для режима коротких импульсов, когда
, из выражения (****) получаем 
Для диода с тонкой базой при
получаем 
,где
- время диффузии носителей заряда сквозь базу.Типы электропреобразовательных полупроводниковых диодов и их применение в технике.
В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд их свойств, таких, как асимметрия вольт-амперной характеристики, обратный пробой дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т. д. В зависимости от вида используемого свойства, т. е. от назначения, различают шесть основных функциональных типов электропреобразовательных полупроводниковых диодов: выпрямительные (силовые) высокочастотные диоды, импульсные диоды, стабилитроны, варикапы варакторы).
Резкую асимметрию вольт-амперной характеристики р-n-перехода широко используют для выпрямления переменного тока низкой частоты. Приборы, предназначенные для этой цели, называются выпрямительными диодами, они являются одним из наиболее распространенных типов полупроводниковых диодов.
В выпрямительных диодах электронно-дырочный переход имеет большую площадь, обеспечивающую получение выпрямленных токов требуемой величины. Для изготовления выпрямительных диодов широко используют кремний, имеющий более высокую допустимую температуру и более низкую цену по сравнению с германием. Однако в мощных низковольтных выпрямителях в ряде случаев выгоднее германиевые диоды, так как они имеют меньшее прямое падение напряжения, чем кремниевые.
Под названием «высокочастотные диоды» объединим целую группу полупроводниковых диодов, предназначенных для обработки высокочастотных сигналов, а именно:
· детекторные диоды, предназначенные для выделения низкочастотного сигнала из модулированного колебания;
· смесительные диоды, используемые для изменения несущей частоты модулированного колебания;
· модуляторные диоды, предназначенные для модуляции высокочастотного колебания, и др.
Для всех этих диодов общим является работа на высоких частотах.
Если на низких частотах ток в цепи диода определяется только активными сопротивлениями электронно-дырочного перехода (Rn),а также р- и n-областей полупроводника (rб), то при работе диода на высоких частотах большую роль играют барьерная и диффузионная емкости. В результате совместного влияния этих емкостей и активного сопротивления rб свойства диода на высоких частотах оказываются совершенно иными, чем на низких частотах, выпрямительный эффект с ростом частоты почти полностью исчезает.
Полупроводниковые диоды широко используют в качестве ключа, т. е. устройства, имеющего два состояния: «открыто», когда сопротивление прибора очень мало, и «закрыто», когда его сопротивление очень велико. Время перехода диода из одного состояния в другое должно быть по возможности небольшим, так как этим определяется быстродействие аппаратуры. Предназначенные для этой цели диоды называют импульсными или ключевыми.
Полупроводниковые стабилитроны.
Режим электрического пробоя p-n-перехода находит практическое применение для стабилизации напряжения. Такие диоды носят название полупроводниковых стабилитронов. В современных стабилитронах максимальный ток колеблется в пределах от нескольких десятков миллиампер до нескольких ампер. Превышение максимального тока приводит к выходу диода из строя.
Рабочее напряжение стабилитрона, являющееся напряжением пробоя р-n-перехода, зависит от концентрации примесей в р-n-структуре и лежит в пределах 4—200 В.
Напряжение стабилитрона в рабочем режиме мало зависит от тока, что является основой применения этих приборов.
Варикап — это полупроводниковый диод, применяемый в качестве электрического конденсатора, управляемого напряжением. В варикапе используется зависимость емкости перехода от обратного напряжения.
Благодаря возможности изменения емкости с помощью напряжения варикапы находят применение для настройки высокочастотных колебательных контуров и управления частотой генераторов гармонических колебаний. Промышленностью выпускается для этой цели большой ассортимент варикапов. Существует также разновидность варикапов, специально предназначенных для параметрического усиления колебаний и преобразования несущей частоты. Эти приборы называют варакторами или параметрическими диодами.
Наиболее важные для техники полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, тиристоры основаны на использовании замечательных материалов с электронной или дырочной проводимостью.
Широкое применение полупроводников началось сравнительно недавно, а сейчас они получили очень широкое применение. Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло и холод. Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе - лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах.
Инженеры не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей, переключателей и усилителей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковой позволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность.
1. В.А. Батушев «Электронные приборы», М.: Высшая школа, 1990.
2. И.В. Савельев «Курс общей физики», М.: Наука, 1993
3. О.Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы», М.: Просвещение, 1991
* Область, имеющая большую концентрацию основных носителей заряда, отмечают знаком «+» у обозначений типа электропроводности (например, р+).