Жартылай өткізгішті диодтар

Пән аты: «Электротехника»

Тақырыбы:  Дәріс №59 - 60 «Жартылай өткізгішті диодтар».

Жаңа сабақ:  «Жартылай өткізгішті диодтар».

 Сабақтың өту жоспары:

• Жартылай өткізгішті диодтар жөнінде түсінік
• Жұмыс істеу принципі
• Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері

1. Жартылайөткiзгiштi диодтар (ЖӨ) – бiр түзеткiш электрлiк ауысуы және екi шықпасы бар жартылайөткiзгiштi аспап. Түзеткiш элетрлiк ауысу ретiнде жартылайөткiзгiш кристалының р- және n- аймақтарын бөлiп тұратын электронды-кемтiктiк (p-n) ауысуы қолданылады. Кристалдың р- және n- аймақтарына металдық шықпалар дәнекерленедi де, жүйе толығымен металлокерамикалық, шыны (шыны) немесе пластмассалық корпусқа бекiтiлiп жабылады. Қоспалар жоғары концентрацияланған кристалдың жартылайөткiзгiш аймағы (яғни, негiзгi заряд тасымалдағыштар концентрацияланған) эмиттер (Э), ал төмен концентрацияланған аймақ – база (Б) деп аталады. Егер Э негiзгi заряд тасымалдағыштары Рр кемтiгi болып табылатын р- аймағы, ал база n- аймақ (негiзгi заряд тасымалдағыштары - nn) болса6 онда pp>>nn шарты орындалады.
2. Жұмыс iстеу ұстанымы (принципi) Сыртқы U=0 жағдайын қарастырайық. Бұл жағдайда кемтiктердiң (р- аймағынан n- аймаққа) және электрондардың ( n- аймағынан р- аймағына) бiр-бiрiне қарама-қарсы диффузиясы нәтижесiнде жартылайөткiзгiштi кристалдың бөлiнген жерiнiң екi жағында да көлемдi заряд аймақтары қалыптасады. Ал, көлемдi заряд негiзгi заряд тасымалдағыштарының бұдан ары қарай қарама-қарсы диффузиялануына кедергi жасайтын Е кернеуi (зарядтың) бар электрлiк өрiс қалыптастырады. Сонымен р- n ауысуының шекарасында потециалдардың түйiспелi айырымы пайда болады, ол потенциалдық тосқауылдың биiктiгiн сипаттайды. Қалыптасқан потенциалды тосқауылды бұзып өтуге заряд тасымалдағыштарының энергиясы жеткiлiксiз болған жағдайда диффузия жойылады. Егер диод шықпаларына тура ауытқу берсек, онда осының әсерiнен болған Е – электрлiк өрiс Езар өрiсiн компенсациялайды да, база аймағына (U өскен сайын) n- аймағында негiзгi емес болып қалған кемтiктердiң үлкен саны енедi (инжекцияланады және диодтың I тура тоғы қалыптасады.) Эмиттер аймағына қарай бағытталған nn инжекциясын ескермесе де болады, өйткенi рр кемтiктерi nn кемтiктерiнен айтарлықтай көп. Егер диодқа керi кернеу (-U) берсе, онда нәтижесiнде қалыптасқан электрлiк (-Е) өрiсi Езар бағытымен сәйкес келедi, потенциалды тосқауыл өседi де, негiзгi заряд тасымалдағыштарының көршi аймаққа өсуiне кедергi болады. Алайда, электрлiк өрiстердiң (Е, Езар) қосынды кернеуi негiзгi емес заряд тасымалдағыштарының р- аймағынан n- аймағына nр – кемтiктердiң және n- аймағынан – р- аймағына рn- кемтiктерiнiң алынуы (экстракция) нәтижесiнде керi тоқ қалыптасады. Температура жоғарлаған сайын негiзгi емес заряд тасымалдағыштары өседi. Сондықтан негiзгi емес заряд тасымалдағыштары әсерiнен қалыптасқан р-n ауысуының керi тогы Iж – жылу тоғы деп аталады. Iж – тоғының температуралық өзгеруi Iж (Т) = Iж*2(Т-То/ΔТ) теңдiгiмен анықталады, мұнда Iж бөлмелiк температура То=300 К кезiндегi жылу тоғының мәнi; ΔТ – температураның өсуi; I=Iж(exp)(Ug/φж); Ug – р-n ауысуындағы кернеу; φж = k * T/q – сыртқы кернеу жоқ кездегi (T=300 K, φж = 0.025 B) р-n ауысу шекарасындағы потенциалдардың түйiспелiк айырмасына тең температуралық потенциал; К-Больцман тұрақтысы; Т – абсолюттi температура; q – электрон заряды. Uкерi мәнi жоғары болғанда Iкерi тоғының көшкiндi түрде өсу (электрлiк, жылулық тесiп өту) процесi орындалады. Жартылайөткiзгiштi диод статикалық және дифференциалды (динамикалық) кедергiлермен сипатталады: rд = ( du\di = U\T; Rст = Uд\Iд. Жоғары жиiлiкте және импульстi режимде жұмыс iстеген кезде диодтың Сg зиянды сиымдылығының маңызы жоғарлайды: Сд = С диф. + С зар. + Ск, мұнда Сдиф – Cg мәнiнiң диффузиялық құрамасы; Сзар – Cg мәнiнiң тосқауылдық (зарядтық) құрамасы; Ск – корпустың зиянды сиымдылығы. Жiктелiнуi: Жартылайөткiзгiштi материал бойынша: гелилi кремнилi арсенад галилi Мiндетi бойынша: түзеткiш; импульстi; аса жоғары жиiлiктi; варикап және т.б. Жұмыс iстеу ұстанымы бойынша: көшкiндi; тунельдiк; Шоттки диоды; Жарық шашатын; Фотодиод; Ганн диоды.
3. Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері

[pic 1]

[pic 2]

Жаңа сабақты пысықтау:

1. Жартылайөткiзгiштi диодтар дегеніміз не?
2. Ол қандай жағдайда қолданылады?
3. Жартылайөткiзгiштi диодтар түрлері?