ВСЕ О ДИОДЕ

По своему устройству полупроводниковые диоды можно разделить на две большие группы - на плоскостные диоды и точечные (рис. 14). Главные особенности этих групп отражены в самих их названиях. В плоскостном диоде граница между зонами р я п представляет собой довольно большую плоскость. Площадь этой пограничной плоскости в зависимости от типа диода может составлять от 0,1 до 100 квадратных миллиметров.

Один из способов изготовления кристалла с ри-переходом для плоскостного диода упрощенно выглядит так. Вытягивая полупроводниковый кристалл, например германий, из расплава, в него периодически добавляют то акцепторную, то донор-ную примесь (рис. 18). При этом вытянутый кристаллический стержень получается как бы полосатым - в нем равномерно чередуются зоны р и зоны п. В дальнейшем такой кристалл точнейшим образом разрезают алмазными пилами и получают из него огромное количество кристалликов, в каждом из которых имеется лишь один ри-переход. Такой кристаллик как раз и служит основой для изготовления одного полупроводникового диода.

Выводы диода подпаяны непосредственно к кристаллу, а сам этот кристалл помещен в герметический корпус. Корпус диода металлический, и, как правило, он же и является выводом зоны п (рис. 14). Вывод зоны р выходит из металлического корпуса сквозь стеклянный изолятор.

В точечном диоде один из выводов также припаивают непосредственно к кристаллу. Другой вывод представляет собой тончайшую стальную проволочку, которая упирается в кристалл. При изготовлении диода конец проволочки покрывают металлом-донором, или акцептором, например алюминием или индием. В результате в том месте кристалла, куда упирается проволочка, образуется миниатюрный точечный ри-пе-реход.

Плоскостные и точечные диоды - это не просто разные конструкции, возникшие по прихоти двух изобретателей. Это разные приборы с разными характеристиками и параметрами, по-разному ведущие себя во многих электрических цепях.

О поведении диода в электрической цепи многое может рассказать его вольтамперная характеристика (рис. 19). На этом графике видно, как меняется ток / через диод при изменении приложенного к нему напряжения (отсюда и название характеристики, оно как бы говорит: «изменение вольтов приводит к изменению амперов»). 44

Рис. 18. Один из способов изготовления рп-перехода основан на введении примесей в кристалл по мере его вытягивания из расплава.

После всего, что было рассказано, вольтамперная характеристика диода, по-видимому, ясна вам с первого взгляда. Прежде всего мы можем разделить всю эту характеристику на две части, на две области - положительных и отрицательных напряжений.

Область положительных напряжений (сперва от нулевого напряжения, то есть от U=Q) соответствует прямому включению диода. Здесь ток -его называют прямым током -сравнительно велик и резко возрастает при увеличении U. Это значит, что само понятие «положительное напряжение» в данном случае нужно понимать только так: диод включен в прямом направлении, «плюс» батареи подключен к зоне р.

Слева от U=0, то есть в области отрицательных напряжений, диод включен в обратном направлении: к зоне р подключен «минус» батареи. Ток в отрицательной области, конечно, очень мал и при увеличении напряжения (разумеется, отрицательного!) растет незначительно. Вообще же само появле-

2450

Рис. 19. Вольтамперная характеристика диода как бы состоит из двух характеристик - для прямого и обратного включения диода, для прямого

и обратного тока.

ние обратного тока и его рост связаны с существованием неосновных носителей, которые умеют двигаться так же, как и основные, но только в противоположную сторону и прн обратном напряжении (рис. 16 и 17).

Внимательно присмотревшись к вольтамперной характеристике, можно обнаружить на ней несколько непонятных участков. Почему, например, при очень маленьких положительных напряжениях ток почти не растет и лишь постепенно набирает силу? Почему при малых отрицательных напряжениях ток возрастает довольно быстро и лишь потом рост его прекращается? Почему, наконец, ток бурно возрастает после того, как напряжение превысит величину t/ocp-flon?

Резкое увеличение тока при высоких обратных напряж1,« ниях объясняется просто: разрушением рп-перехода. Разрушение происходит из-за слишком большой мощности, которая выделяется на рп-переходе и превращается в тепло. Полупроводниковые материалы перегреваются, резко возрастает их собственная проводимость, и рп-переход вообще исчезает,

Происходит так называемый тепловой пробой, и диод становится обычным резистором.

При обратном включении диода чрезмерная, разрушающая рп-переход мощность получается при весьма больших напряжениях. И вот почему: обратный ток очень мал, а мощность, если вы не забыли,-это произведение напряжения на ток.

Обратите внимание, что при обратном включении диода тепловой пробой наступает не сразу. Увеличивая напряжение, мы сначала попадаем в область электрического пробоя. В этой области обратный ток резко возрастает, а значит, обратное сопротивление диода падает. Однако, если опять уменьшить напряжение, уменьшится и ток. Иными словами, электрический пробой, возникновение которого связано с тонкими молекулярными механизмами, процесс обратимый. Он резко, лавинообразно увеличивает обратный ток, но стоит уменьшить напряжение, диод возвращается в исходный режим и вновь становится электрическим вентилем.

В то же время тепловой пробой выводит полупроводниковый прибор из строя навсегда. И если когда-нибудь к ва.ч в руки попадет диод, который потерял способность быть вентилем, потому что у него обратное сопротивление такое же, как и прямое, то знайте: диод побывал в области теплового пробоя.

Таблица I

Плоскостные германиевые диоды серии Д7

Обратный ток - 300 мка (при Loбp-дoп); прямое напряжение 0,3-0,5 в

(при /вып)-

1 В наших таблицах ток /пр-ср. обозначен /выш как и в большинстве официальных справочников.

Таблица 2

Влияние температуры на предельный режим диодов серии Д7

Таблица 4

Плоскостные диоды для больших токов

Для того чтобы не погубить полупроводниковый диод (а часто вместе с ним могут погибнуть и другие элементы схемы, например, силовой трансформатор), чтобы не довести диод до теплового пробоя, не нужно превышать некоторую предельно допустимую для данного типа диодов мощность. Об этом как раз и говорят основные параметры диодов, приведенные в таблицах 1-5. Правда, в этих таблицах самой мощности вы не найдете, вместо нее указан средний прямой ток /вып, который можно пропустить через диод (подчеркиваем- это именно средний прямой ток; на короткий срок эту величину иногда можно превысить), и предельное обратное напряжение (/обр-доп. То, что вместо максимально допустимой мощности указаны именно эти лараметры, объясняется довольно просто.

Мощность, выделяемая на диоде при его прямом включении, равна произведению прямого тока на приложенное

Т аб лица3

Плоскостные кремниевые диоды

Обратный ток 30-50 мка (при (/обр-доп), прямое напряжение 0,5-1 в (при /вып)-

Обратный ток 3 ма (при (/сбр-доп); прямое напряжение (при /вып) у германиевых диодов 0,2-(i,5 в, у кремниевых диодов 1-1,5 е.

Внимание! Допустимые токи указаны в расчете на применение радиаторов. Если через диод проходит полный прямой ток (/вып), то при использовании алюминиевого радиатора толщиной 3 мм его диаметр должен быть для диодов ДЗОЗ не менее 60 мм, для Д304-80 мм и для Д305- 150 мм. Кремниевые диоды рассчитаны на радиаторы площадью 50 см при полном токе и 25 см при половинном токе (если температура окружающей среды 25°С).

Примечание. Если в обозначении кремниевого диода после цифры стоит буква Б (например, Д242Б), то допустимый ток /вып не более 5 а. Буква А в названии (например, Д242А) означает, что диод сохраняет свои параметры до температуры 4- 130°С; во всех остальных случаях допустимый прямой ток /вып при температуре --130°С вдвое меньше нормального, то есть 5 а (для диодов с обозначением Б ток не более 2 а). Буква П (например, Д242П) в названии диода отмечает лишь некоторые его технологические особенности и при выборе диода на нее можно не обращать внимания.

Таблица 5

Точечные диоды

Обратный ток (при (/обр-доп ) у германиевых Диодов 250 мка< у кремниевых - 30 мка; проходная емкость у германиевых диодов 1-2 пф, у кремниевых-0,5 пф.