Классификация диодов по мощности

Диоды и их разновидности

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод — катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой — n.

Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький)

Внутреннее сопротивление диода (открытого) — величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду. Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.

Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др.

Диоды

Обозначаются на схемах вот так:

Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста можно превратить переменной ток в постоянный, применяются для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Диодный мост представляет собой 4 диода, которые подключаются последовательно, причем два диода из этих четырех включены встречно, посмотрите на рисунки ниже.

Именно так и обозначается диодный мост, правда в некоторых схемах обозначают сокращенным вариантом:

подключаются к трансформатору, на схеме это будет выглядеть вот так:

Диодный мост предназначен для преобразования, чаще говорят для выпрямления переменного тока в постоянный. Такое выпрямление называется двухполупериодным. Принцип работы диодного моста заключается в пропускании положительной полуволны переменного напряжения положительными диодами и обрезании отрицательной полуволны отрицательными диодами. Поэтому на выходе выпрямителя образуется немного пульсирующее положительное напряжение с постоянной величиной.

Для того, чтобы этих пульсаций не было, ставят электролитические конденсаторы. после добавления конденсатора напряжение немного увеличивается, но отвлекаться не будем, про конденсаторы можете почитать здесь.

Диодные мосты применяют для питания радиоаппаратуры, применяются в блоках питания и зарядных устройствах. Как уже говорил, диодный мост можно составить из четырех одинаковых диодов, но продаются и готовые диодные мосты, выглядят они вот так:

Диод Шоттки

Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами.

Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:

Стабилитрон

Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений.

Стабилитроны на схемах обозначаются следующим образом:

Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.

Варикап

Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

Тиристор

Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое.

Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод — используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92.

Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.

Симистор

Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях.

Светодиод

Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.

Обозначение на схемах:

Подробнее про светодиоды можно почитать здесь.

Инфракрасный диод

Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды.

Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.

Фотодиод

Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

Фото диоды (а так же фоторезисторы, фототранзисторы) можно сравнить с солнечными батареями. Обозначаются на схемах так:

Классификация и система обозначений диодов

Классификация современных полупроводниковых диодов (ЦЦ) по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозначений диодов.

Система обозначений ПД установлена отраслевым стандартом

ОСТ 11336.919-81, а силовых полупроводниковых приборов — ГОСТ 20859.1-89. В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, второй (буква) — подкласс приборов, третий (цифра) — основные функциональные возможности прибора, четвертый — число, обозначающее порядковый номер разработки, пятый элемент — буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии.

Для обозначения исходного полупроводникового материала используются следующие символы:

-Г, или 1, — германий или его соединения;

— К, или 2, — кремний или его соединения;

-А, или 3, — соединения галлия;

-И, или 4, — соединения индия.

Для обозначения подклассов диодов используется одна из следующих букв:

-Д — диоды выпрямительные и импульсные;

-Ц — выпрямительные столбы и блоки;

-И — туннельные диоды;

-А — сверхвысокочастотные диоды;

-Г — генераторы шума;

-Л — излучающие оптоэлектронные приборы;

Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных признаков приборов (их функциональных возможностей) используются следующие цифры.

  1. Диоды (подкласс Д):
  2. Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц):
  3. Варикапы (подкласс В):
  4. Сверхвысокочастотные диоды (подкласс А):
  5. Стабилитроны (подкласс С):
  6. Генераторы шума (подкласс Г):

Диоды (подкласс Д):

1 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;

2 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока более 0,3 А, но не свыше 10 А;

4 — импульсные диоды c временем восстановления обратного сопротивления более 500 нс;

5 — импульсные диоды c временем восстановления более 150 нс, но не свыше 500 нс;

6 — импульсные диоды c временем восстановления 30… 150 нс;

7 — импульсные диоды c временем восстановления 5…30 нс;

8 — импульсные диоды c временем восстановления 1…5 нс;

9 — импульсные диоды c эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1 нс.

Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц):

1 — столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;

2 — столбы с постоянным или средним значением прямого тока 0,3…10 А;

3 — блоки с постоянным или средним значением тока не более 0,3 А;

4 — блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3… 10 А.

Варикапы (подкласс В):

1 — подстроечные варикапы;

2 — умножительные варикапы.

Туннельные диоды (подкласс И):

— усилительные туннельные диоды;

— генераторные туннельные диоды;

— переключательные туннельные диоды;

Сверхвысокочастотные диоды (подкласс А):

— переключательные и ограничительные диоды;

— умножительные и настроечные диоды;

Стабилитроны (подкласс С):

1 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

2 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10…100 В;

3 — стабилитроны мощностью не более 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В,

4 — стабилитроны мощностью 0,3…5 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

5 — стабилитроны мощностью 0,3…5 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10…100 В;

6 — стабилитроны мощностью 0,3…5 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В;

7 — стабилитроны мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В;

8 — стабилитроны мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10… 100 В;

9 — стабилитроны мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В.

Генераторы шума (подкласс Г):

— низкочастотные генераторы шума;

— высокочастотные генераторы шума.

Для обозначения порядкового номера разработки используется двухзначное число от 01 до 99. Если порядковый номер разработки превышает число 99, то в дальнейшем применяется трехзначное число от 101 до 999.

В качестве квалификационной литеры используются буквы русского алфавита (за исключением букв 3, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Ю, Я, Ь, Ъ, Э).

В качестве дополнительных элементов обозначения применяются следующие символы:

— для обозначения модификаций прибора, приводящих к изменению его конструкции или электрических параметров;

— для обозначения сборок — наборов в общем корпусе однотипных приборов, не соединенных электрически или соединенных одноименными выводами;

— цифры, написанные через дефис

— для обозначения следующих модификаций конструктивного исполнения бескорпусных приборов:

1 — с гибкими выводами без кристаллодержателя;

2 — с гибкими выводами на кристаллодержателе (подложке);

3 — с жесткими выводами без кристаллодержателя (подложки);

4 — с жесткими выводами на кристаллодержателе (подложке);

5 — с контактными площадками без кристаллодержателя (подложки) и без выводов;

6 — с контактными площадками на кристаллодержателе без выводов, буква Р после последнего элемента обозначения — для приборов с парным подбором, буква Г — с подбором в четверки, буква К — с подбором в шестерки.

Примеры обозначения приборов: 2Д204В — кремниевый выпрямительный диод с постоянным и средним значением тока 0,3…10 А, номер разработки 04, группа В.

КС620А — кремниевый стабилитрон мощностью 0,5…5 Вт, с номинальным напряжением стабилиза­ции более 100 В, номер разработки 20, группа А.

ЗИ309Ж — арсенид-галлиевый переключательный туннельный диод, номер разработки 09, группа Ж.

До введения в 1982 г. ОСТ 11336.919-81 применялась иная система условных обозначений. Она включала в себя два или три элемента ( ГОСТ 5461 — 59 ).

Первый элемент — буква Д, характеризующая весь класс полупроводниковых диодов.

Второй элемент — число (номер), определяющее область применения:

1…100 — для точечных германиевых диодов;

101…200 — для точечных кремниевых диодов;

201…300 — для плоскостных кремниевых диодов;

301…400 — для плоскостных германиевых диодов;

401…500 — для смесительных СВЧ детекторов;

501…600 — для умножительных диодов;

601…700 — для видеодетекторов;

701…749 — для параметрических германиевых диодов;

750…800 — для параметрических кремниевых диодов.

ДИОДЫ

До 1948 г. (года изобретения биполярного транзистора) существовал лишь один полупроводниковый прибор — кристаллический детектор, который использовался в высокочастотной аппаратуре. Название этого прибора — кристадин; это первый полупроводниковый прибор — диод. Если дать краткое определение диода, то можно сказать, что диод — это полупроводниковый прибор с одним р-п-переходом.

Классификация диодов

По назначению диоды можно разделить на выпрямительные, универсальные, импульсные, сверхвысокочастотные (СВЧ), стабилитроны, варикапы и т. д. Более грубая классификация включает в себя выпрямительные, высокочастотные и специальные диоды, к которым можно отнести все остальные виды диодов.

По частотному диапазону: низкочастотные (выпрямительные) /шах 10 4 Гц, высокочастотные (в том числе и импульсные диоды) /шах >104 Гц> ДИОДЫ СВЧ.

По мощности рассеяния: маломощные Р 10 Вт (1пр ср тах > 10 А).

По принципу действия: лавинно-пролетный; туннельный; диод Шот- тки; излучающий диод; фотодиод; диод Ганна.

По технологии изготовления: точечные; плоскостные; сплавные; диффузионные; эпитаксиальные; мезадиоды.

По исходному материалу различают — германиевые (буква Г, рабочий диапазон температур от -60 до +60 °С, либо цифра 1, рабочий диапазон температур от -60 до +75 °С); кремневые (буква К, рабочий диапазон температур от -60 до +85 °С, либо цифра 2, рабочий диапазон температур от -60 до +125 °С)); арсенид-галлиевые (буква А, рабочий диапазон температур от -60 до +200 °С, либо цифра 3, рабочий диапазон температур от -60 до +800 °С); антимонид-галлиевые и индиевые и др.

Исходный полупроводниковый материал является первой буквой (или цифрой) при маркировке приборов. Далее приведем маркировку современных диодов и приборов более позднего периода в хронологическом порядке.

С 1981 г. маркировка российских диодов содержит пять элементов:

  • • 1 — цифра или буква — материал 1, 2, 3, 4 (Г, К, А, И).
  • • 2 — Д — выпрямительные, универсальные, импульсные;

Н — диодные тиристоры;

У — триодные тиристоры;

Г — генераторы шума;

К — стабилизаторы тока;

Ц — столбы (маломощные 101—199, средней мощности 201—299) и блоки (маломощные 301—399, средней мощности 401—499, мощные 501—599).

  • • 3 — цифра от 1 до 9 в пределах каждого подкласса, описывающая прибор в данном подклассе.
  • • 4 — порядковый номер разработки 01—99. Допускается использовать трехзначные цифры от 101 до 999 — расширено.
  • • 5 — А — Я — кроме букв, сходных с цифрами 0, 3, 4 — разновидности параметров прибора.

Буква «С» после «2» — сборка.

Цифра 1—6 — после «5» — для бескорпусных приборов — модификация конструкции. Буква «Р» после «5» — для СВЧ-диодов с парным подбором, «Г» — с четверками, «К» — с шестерками.

Примеры маркировки диодов:

ГД412А — германиевый (Г), диод (Д), универсальный (4), номер разработки 12, группа А;

КД215А — кремниевый (К), диод (Д), выпрямительный (2), номер разработки 15, группа А;

КС 196В — кремниевый (К), стабилитрон (С), мощность рассеяния не более 0,3 Вт (1), номинальное напряжение стабилизации 9,6 В (96), третья разработка (В).

Для полупроводниковых диодов с малыми размерами корпуса используется цветная маркировка в виде меток, наносимых на корпус прибора. Условные графические обозначения диодов даны на рис. 2.1.

Импортные диоды обозначаются по одной из трех систем: американской — PRO electron, европейской — JEDEC и японской — JIS.

Рис. 2.1. Условные графические обозначения полупроводниковых

  • 1 — выпрямительный и импульсный диод; 2 — стабилитрон и стабистор;
  • 3 — симметричный стабилитрон; 4 — диод Шоттки; 5 — варикап;
  • 6 — туннельный диод; 7 — излучающий диод (светодиод); 8 — фотодиод.

Обозначение диода на схеме: виды и характеристики

Диод применяют почти во всех блоках питания электронных приборов. В комбинации с конденсаторами используют для низкочастотного изменения параметров несущего модулирующего сигнала. Детекторы на основе диодов ставят в телевизорах, радиоприемниках, других аналогичных устройствах. Элементы защищают приборы от перегрузки на входе, ложной полярности подключения, предохраняет ключи от пробоя электродвижущей силы самоиндукции при выключении. Чтобы выбрать необходимый тип, используется маркировка диодов.

  1. Определение и разновидности диодов
  2. Материал изготовления
  3. Площадь перехода
  4. Технические параметры
  5. Буквенно-цифровое обозначение диодов
  6. Новая система
  7. Старая система
  8. Цветовая маркировка
  9. Отечественные диоды
  10. Импортные диоды
  11. SMD диоды
  12. Условное обозначение на схеме

Определение и разновидности диодов

Диод — электронная двухэлектродная деталь, проводимость которой изменяется в зависимости от полярности подающегося напряжения. Вольтамперная характеристика нелинейная, несимметричная, в отличие от терморезисторов и ламп накаливания.

Элемент состоит из деталей:

  • коробка в форме вакуумной колбы из металла, керамики, стекла;
  • катод для эмиссии свободных электронов;
  • анод для приемки носителей;
  • нагреватель — раскаляющаяся нить;
  • кристалл из кремния или германия с границей (р-n переходом).

По технологическим свойствам и строению выделяют виды:

  • точечные (плоскостные);
  • импульсные;
  • выпрямители;
  • универсальные;
  • в отдельной категории: тиристоры, фотодиодные и светодиодные.

Различают газонаполненные, электровакуумные группы, стабилизаторы разряда, полупроводниковые приборы. Последние используют чаще всего.

Материал изготовления

При производстве применяют германий, кремний, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Первые три вида используют чаще всего.

Особенности материалов:

  • Кристаллы из германия имеют большой коэффициент проводимости при малом вольтаже, материал дорогой и редкий.
  • Кремний имеет повышенное напряжение смещения, равное 0,7 В (у германия 0,3 В), он более простой в обработке и распространенный.
  • Химическая комбинация мышьяка и галлия отличается высокой напряженностью электрополя пробоя, работает при повышенной мощности, приборы более радиационностойкие.

Германий используют, если кремниевые диоды не справляются с задачей, например, в прецизионных и маломощных цепях.

Площадь перехода

Левый слой (n) пропускает отрицательные электроны, а правый (p) характеризуется дырочной проводимостью. Ток возникает при изменении положения дырок. При касании пластов с разной проводимостью из-за диффузии электроны перемещаются в p-область, а дырки — в n-зону. В итоге граничный слой n-зоны получает положительный заряд, а аналогичный слой p-области — отрицательный.

Типы диодов по размеру перехода:

  • плоскостные в форме одной пластины с двумя зонами примесной проводимости;
  • точечные с малой площадью перехода для слабых токов;
  • микросплавные с соединенными монокристаллами n и p типа.

Между границами появляется электрополе — барьер для токовых носителей, а в p-n переходе возникает участок малой концентрацией зарядов. При изменении направления наружного электрополя преображаются потенциальные барьеры и величина сопротивления, поэтому p-n переход характеризуется вентильными качествами.

Технические параметры

Рабочий температурный интервал показывает зависимость сопротивления диода от изменения температуры. Для германиевых кристаллов диапазон составляет -60° — +70°С, а кремниевых — -60° — +125°С. При снижении температуры увеличивается опасность механического повреждения, и повышается обратное и прямое сопротивление диода.

Допустимое обратное напряжение означает величину, когда p-n переход получает пробой. Показатель зависит от удельного сопротивления, ширины перехода и температуры проводника. Повышают допустимое обратное напряжение последовательным подключением диодов.

Буквенно-цифровое обозначение диодов

В обозначении показывают номер партии и день выпуска, что помогает отслеживать более современные модели. Помимо этого, указывают технические характеристики, чтобы собрать ответственные схемы.

В СССР система маркировки претерпевала множественные изменения, на сегодняшний день она основывается на классификационных свойствах:

  • первая литера означает материал, например, К означает кремний, Г — германий, 3 или А — галлий, И — индий;
  • вторая буква — подкласс элементов: Д — термодиоды разных типов, Ц — выпрямители, В — варикапы, Н — диодные тиристоры;
  • третий элемент обозначают цифрой, которая определяет признак прибора;
  • четвертым идет число, показывающее номер разработки;
  • на пятом месте индекс классификации по показателям одной разновидности.

Предусмотрены дополнительные знаки для выделения конструктивных особенностей.

Новая система

По современным нормам диоды делят на группы по частоте усиления передачи электричества.

Различают диоды по работе в среде частотности тока:

  • среднего;
  • высокого;
  • сверхвысокого.

По мощности также разделяют категории: средней, низкой, высокой. Катодные и анодные выводы сопровождаются стрелкой и знаком плюс или минус.

Старая система

Распространенные схемы включают обозначения в виде GD-серии диодов из германия, например, GD-9 — это старая система кодировки.

Крупные организации или производственные концерны создали свои схемы обозначения диодов:

  • JEDEC 1N4148 — например, HP диод 1901-0044;
  • военный диод CV448 Mullard типа OA81 (Великобритания) — тип GEX230151 GEC.

OA-серия также означает аналогичные диоды, например, OA48 — такие кодировки были в разработках британского концерна Mallard. Схема кодирования JIS предназначена для полупроводников, обозначение начинается с IS.

Цветовая маркировка

Для диодов применяют стандартный тип коробки под обозначением SOD123. На одном конце есть тиснение или цветная калибровочная полоса. Колер говорит о коде, при котором есть отрицательная полярность для расширения р-п-перехода.

Цветовая маркировка диодов учитывает:

  • показатели обратного и рабочего вольтажа;
  • значение предельного тока сквозь р-п-переход;
  • мощность передачи и другие показатели.

Тип коробки не оказывает решающего значения при эксплуатации диода. При этом важная характеристика — степень рассеивания объема тепла с плоскости элемента.

Отечественные диоды

Российские производители применяют кодировочную цветовую надпись, включающую точки и полосы. Расшифровать комбинацию можно, обратившись к специализированным справочникам. В таком случае находят материал производства, назначение диода, эксплуатационные показатели.

Современные производители диодов на схеме обозначают продукцию с учетом требований ГОСТ 20.859.1 – 1989. Для отечественной цветовой маркировки есть нормированная таблица.

В ней есть обозначение материала, причем по нормам букву К (кремний) можно менять цифрой 1. Вторая литера говорит о том, что изделие — выпрямитель (Д) на базе варикапа (В), стабилитрона (С), туннельного диода (И).

Импортные диоды

Изготовленные за рубежом диоды также имеют цветовую шкалу в качестве разметки. Для считывания употребляют цифровые и буквенные обозначения, которые расшифровывают по специальной таблице.

Используют при выпуске условное обозначение диода:

  • JEDEC — американская база;
  • PRO-ELECTRON 1 европейские изготовители.

В Европе первая литера свидетельствует о типе производственного сырья, далее идут сведения о предназначении и виде элемента.

Номер серии говорит о способе применения:

  • для общего использования;
  • в специальных системах.

Расшифровка символов европейской системы:

SMD диоды

Элементы чаще имеют иностранное производство. Их строение выполнено в форме платы, на поверхностной плоскости которой есть зафиксированный чип. Изделия настолько маленькие, что не позволяют обозначить цифрами и буквами маркировку (нанести обозначение на поверхность). Если модели более крупные, все параметры указаны буквами, цифрами и цветом.

SMD модели представлены электронными деталями микроскопических габаритов. Их при сборке припаивают к медному боку платы, при этом диоды снабжены только короткими выводными контактами. Сравнительные характеристики буквенного и цифрового обозначения находят в таблицах.

Условное обозначение на схеме

Полярность диода иногда трудно определить маркировкой, при этом нелегко вывить правильные полюсы элемента.

Для этого на схемах предусмотрены варианты маркировки полярности:

  • показывают треугольник, вершина которого направлена к катоду;
  • упрощают символ, показывая его горизонтальной чертой, направленной к катоду;
  • одна полоска говорит об отрицательном полюсе, двойная — наоборот.

Классификация диодов по мощности

2 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Классификация полупроводниковых диодов производится по следующим признакам:

— методу изготовления перехода: сплавные, диффузионные, планарные, точечные, диоды Шоттки и др.;

— материалу: германиевые , кремниевые, арсенидо-галлиевые и др.;

— физическим процессам, на использовании которых основана работа диода: туннельные, лавинно-пролетные, фотодиоды, светодиоды . д иоды Ганна и др.;

— назначению: выпрямительные, универсальные, импульс­ные, стабилитроны, детекторные, параметрические, смеситель­ные, СВЧ-диоды и др.

Некоторые из указанных типов диодов по назначению будут рас­смотрены в настоящей главе, а другие — в соответствующих разде­лах учебного пособия.

2.2 Выпрямительные диоды

Выпрямительными обычно называют диоды, предназначенные для преобразования переменного напряжения промышленной час­тоты (50 или 400 Гц) в постоянное . Основой диода является обыч­ный p — n переход. В практических случаях p — n переход диода имеет достаточную площадь для того, чтобы обеспечить большой прямой ток. Для получения больших обратных (пробивных) напряжений ди­од обычно выполняется из высокоомного материала.

Основными параметрами, характеризующими выпрямительные диоды, являются (рисунок 2.1):

— максимальный прямой ток I пр max ;

— падение напряжения на диоде при заданном значении прямого тока I пр ( U пр » 0.3. 0,7 В для германиевых диодов и U пр » 0,8. 1,2 В -д ля кремниевых);

— максимально допустимое постоянное обратное напряже­ние диода

— обратный ток I обр при заданном обратном напряжении U обр (значе­ние обратного тока германиевых диодов на два -т ри порядка боль­ше, чем у кремниевых);

— барьерная емкость диода при подаче на него обратного напря­жения некоторой величины;

— диапазон частот, в котором возможна работа диода без суще­ственного снижения выпрямленного тока;

— рабочий диапазон температур (германиевые диоды работают в диапазоне -60. +70 °С , кремниевые — в диапазоне -60. +150°С, что объясняется малыми обратными токами кремниевых диодов).

Рисунок 2.1 К определению параметров выпрямительных диодов.

Выпрямительные диоды обычно подразделяются на диоды ма­лой, средней и большой мощности, рассчитанные на выпрямленный ток до 0.3, от 0,3 до 10 и свыше 10 А соответственно.

Для работы на высоких напряжениях (до 1500 В) предназначе­ны выпрямительные столбы, представляющие собой последова­тельно соединенные p — n переходы, конструктивно объединенные в одном корпусе. Выпускаются также выпрямительные матрицы и блоки, имеющие в одном корпусе по четыре или восемь диодов, соединенные по мостовой схеме выпрямителя и имеющие I пр max до 1 А и Uo 6 p max до 600 В.

При протекании больших прямых токов I пр и определенном паде­нии напряжения на диоде U п p B нем выделяется большая мощность. Для отвода данной мощности диод должен иметь большие размеры p — n перехода, корпуса и выводов. Для улучшения теплоотвода ис­пользуются радиаторы или различные способы принудительного охлаждения ( воздушное или даже водяное).

Среди выпрямительных диодов следует выделить особо диод с барьером Шоттки. Этот диод характеризуется высоким быстродейст­вием и малым падением напряжения ( U п p

2.3 Стабилитроны и стабисторы

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, на об­ратной ветви ВАХ которого имеется участок с сильной зависимо­стью тока от напряжения (рисунок 2.2), т.е. с большим значением крутиз­ны D I/ D U ( D I = I c т max — I ст min ). Если такой участок соответствует прямой ветви ВАХ, то прибор называется стабистором.

Стабилитроны используются для соз­дания стабилизаторов напряжения.

Напряжение стабилизации U ст равно напряжению электрического (лавинного) пробоя p — n перехода при некотором заданном токе стабилиза­ции I ст (рисунок ) . Стабилизирующие свойства ха­рактеризуются дифференциальным со­противлением стабилитрона r д = D U/ D I, которое должно быть возможно меньше.

К параметрам стабилитрона относятся: напряжение стабилизации Uc т , минимальный и максимальный токи стабилизации I ст min I ст max .

Промышленностью выпускаются стабилитроны с параметрами: Uc т от 1 ,5 до 180 В, токи стабилизации от 0,5 мА до 1,4 А.

Выпускаются также двуханодные стабилитроны, служащие для стабилизации разнополярных напряжений и представляющие собой встречно включенные p — n переходы.

Рисунок 2.2 К определению параметров стабилитронов.

2.4 Универсальные и импульсные диоды

Они применяются для преобразования высокочастотных и им­пульсных сигналов. В данных диодах необходимо обеспечить мини­мальные значения реактивных параметров, что достигается благо­даря специальным конструктивно-технологическим мерам.

Одна из основных причин инерционности полупроводниковых диодов связана с диффузионной емкостью. Для уменьшения времени жизни t используется легирование материала (например, золотом), что создает много ловушечных уровней в за­прещенной зоне, увеличивающих скорость рекомбинации и следовательно уменьшается Сдиф.

Разновидностью универсальных диодов является диод с корот­кой базой. В таком диоде протяженность базы меньше диффузион­ной длины неосновных носителей. Следовательно, диффузионная емкость будет определяться не временем жизни неосновных носи­телей в базе, а фактическим меньшим временем нахождения (вре­менем пролета). Однако осуществить уменьшение толщины базы при большой площади p — n перехода технологически очень сложно. Поэтому изготовляемые диоды с короткой базой при малой площа­ди являются маломощными.

В настоящее время широко применяются диоды с p — i — n -структурой, в которой две сильнолегированные области p — и n -типа разде­лены достаточно широкой областью с проводимостью, близкой к собственной ( i -область). Заряды донорных и акцепторных ионов расположены вблизи границ i -области. Распределение электричес­кого поля в ней в идеальном случае можно считать однородным (в отличие от обычного p — n перехода). Таким образом, i -область с низ­кой концентрацией носителей заряда, но обладающей диэлектриче­ской проницаемостью можно принять за конденсатор, «обкладками» которого являются узкие (из-за большой концентрации носителей в p — и n -областях) слои зарядов доноров и акцепторов. Барьерная ем­кость p — i — n диода определяется размерами i -слоя и при достаточно широкой области от приложенного постоянного напряжения прак­тически не зависит.

Особенность работы p — i — n диода состоит в том, что при прямом напряжении одновременно происходит инжекция дырок из p -области и электронов из n -области в i -область. При этом его прямое со­противление резко падает. При обратном напряжении происходит экстракция носителей из i -области в соседние области. Уменьшение концентрации приводит к дополнительному возрастанию сопротив­ления i области по сравнению с равновесным состоянием. Поэтому для p — i — n диода характерно очень большое отношение прямого и об­ратного сопротивлений, что при использовании их в переклю­чательных режимах.

В качестве высокочастотных универсальных использу­ются структуры с Шоттки и Мотта. В этих приборах про­цессы прямой проводимости определяются только основными носи­телями заряда. Таким образом, у рассматриваемых диодов отсутст­вует диффузионная емкость, связанная с накоплением и рассасы­ванием носителей заряда в базе, что и определяет их хорошие вы­сокочастотные свойства.

Отличие барьера Мотта от барьера Шоттки состоит в том, что тон­кий i -слой создан между металлом М и сильно легированным полу­проводником n + , так что получается структура М — i — n . В высокоомном i -слое падает все приложенное к диоду напряжение, поэтому толщи­на обедненного слоя в n + -области очень мала и не зависит от напря­жения. И поэтому барьерная емкость практически не зависит от на­пряжения и сопротивления базы.

Наибольшую рабочую частоту имеют диоды с барьером Мотта и Шоттки, которые в отличие от p — n -перехода почти не накаплива­ют неосновных

носителей заряда в базе диода при прохождении прямого тока и поэтому имеют малое время восстановления t ВОСТ (около 100 пс).

Разновидностью импульсных диодов являются диоды с накоп­лением заряда (ДНЗ) или диоды с резким восстановлением обрат­ного тока (сопротивления). Импульс обратного тока в этих диодах имеет почти прямоугольную форму (рисунок 4.2). При этом значение t 1 может быть значительным, но t 2 должно быть чрезвычайно малым для использования ДНЗ в быстродействующих импульсных устройствах.

Получение малой длительности t 2 связано с созданием внутреннего поля в базе около обедненного слоя p — n -перехода путем неравномерного распре­деления примеси. Это поле является тормозящим для носителей, пришед­ших через обедненный слой при пря­мом напряжении, и поэтому препятст­вует уходу инжектированных носителей от границы обедненного слоя, заставляя их компактнее концентрироваться зи грани­цы. При подаче на диод обратного напряжения (как и в обычном диоде) происходит рассасывание накопленного в базе заряда, но при этом внутреннее электрическое поле уже будет способство­вать дрейфу неосновных носителей к обедненному слою перехо­да. В момент t 1, когда концентрация избыточных носителей на границах перехода спадает до нуля, оставшийся избыточный за­ряд неосновных носителей в базе становится очень малым, а, следовательно, оказывается малым и время t 2 спадания обратно­го тока до значения I 0.

Рисунок 2.3 Временные диаграммы тока через импульсный диод.

Варикапом называется полупроводниковый диод, используе­мый в качестве электрически управляемой емкости с достаточно высокой добротностью в диапазоне рабочих частот. В нем исполь­зуется свойство p — n -перехода изменять барьерную емкость под действием внешнего напряжения (рисунок 2.4).

Основные параметры варикапа: номинальная емкость СН при заданном номинальным напряжением U Н (обычно 4 В ), максимальное обратное напр я- жение U обр max и добротность Q .

Для увеличения добротности варикапа используют барьер Шоттки; эти варикапы имеют малое сопротивление потерь, так как в качестве одного из слоев диода используется металл.

Рисунок 2.4 Зависимость емкости варикапа от напряжения.

Основное применение варикапов — электрическая перестройка частоты колебательных контуров. В настоящее время существует несколько разновидностей варикапов, применяемых в различных устройствах непрерывного действия. Это параметрические диоды, предназначенные для усиления и генерации СВЧ-сигналов, и умножительные диоды, предназначенные для умножения частоты в широком диапазоне частот. Иногда в умножительных диодах ис­пользуется и диффузионная емкость.