Выпрямительные диоды.

Выпрямительными диодами называются электронные приборы, основным назначением которых является выпрямление переменного тока..

К выпрямительным диодам относятся плоскостные двухэлектродные полупроводниковые приборы, выполненные на кремниевой или

германиевой основе, а также селеновые и медио-закисные приборы.

Работа выпрямительных диодов основана на ис­пользовании выпрямительных (вентильных) свойств электронно-дырочного перехода. В зависимости от площади p-n перехода и эффективности отвода теплоты выпрямительные диоды подразделяются на диоды малой мощности, рассчитанные для получения выпрямленного тока не более О,ЗА, средней с токами от 0,3 до 10А и большой, у которых выпрямленный ток превышает 10А.

Поскольку выпрямительные диоды обладают сравнительно большой емкостью — порядка несколь­ких десятков пикофарад, а также большим вре­менем восстановления обратного сопротивления, их практическое применение ограничивается диапазо­ном частот (максимальная частота не превыша­ет 100 кГц).

Рассмотрим технологию изготовления, коиструктивные особенности и электрические свойства вы­прямительных диодов. В качестве исходного материала при производстве германиевых и кремниевых выпрямительных диодов используют соответственно германий и кремний с электронной («n-типа) электропроводностью, посколь­ку подвижность электронов, как основных носителей заряда, в 2—2,5 раза больше подвижности дырок. В плоскостных выпрямительных диодах электрон­но-дырочные переходы изготавливают методом сплавления или диффузии.

В германиевых диодах получение p-n перехода достигается вплавлением индия в исходный кристалл. В кремниевых диодах для этой цели вплавляют алюминий или бор. В процессе сплавления атомы расплавленного индия (алюминия или бора) диф­фундируют в исходный кристалл, образуя в нем электронно-дырочный переход. При диффузионном методе необходимые акцепторные примеси в исход­ный кристалл вводят диффузией из газовой среды. Диффузионный метод позволяет точно контроли­ровать расположение p-n перехода в кристалле и концентрацию акцепторной примеси. Концентрация примеси при диффузионном методе почти экспонен­циально уменьшается от поверхности кристалла в его глубь, при этом образуется плавный p-n переход.

Исходный материал кристалла образует базовую область диода (катод), а акцепторная примесь (индий, алюминий, бор) — эмиттерную область (анод). От базовой и эмиттерной областей исходят внешние выводы.

Базовую область припаивают к кристаллодержателю. Для лучшего теплоотвода в диодах средней и большой мощности применяют радиаторы. В диодах с током более 10А применяют принудительное воздушное или водяное охлаждение.

Кремниевые и германиевые плоскостные выпря­мительные диоды характеризуют следующими пара­метрами.

Прямой ток Iпр — ток, протекающий через диод при прямом напряжении, обычно равном 1В. Прямой ток, как было сказано выше, определяется мощ­ностью, на которую должен быть рассчитан диод.

Прямое падение напряжения Uпр— падение на­пряжения на диоде. Прямое напряжение у кремние­вых диодов больше, чем у германиевых.

Максимальный обратный ток Iобр mах -- ток неос­новных носителей, протекающий через диод при обратном напряжении, обычно близком к напряже­нию электрического пробоя. Обратный гок составля­ет сотые доли процента от прямого тока, у кремние­вых диодов он меньше, чем у германиевых.

Максимальное обратное напряжение Uобр mах — па­дение напряжения на диоде при оговариваемой (достаточно большой) величине обратного тока, при которой не нарушается нормальная работа диода. Предельным обратным напряжением является на­пряжение, при котором происходит электрический пробой p-n перехода. Кремниевые диоды обладают большим обратным напряжением, чем германиевые, поэтому они устойчиво работают в предпробойной области.

Немаловажным параметром выпрямительных дио­дов является собственная их емкость. Собственная емкость диода определяется суммой барьерной и конструктивной емкостей. Она шунтирует p-n переход диода и тем самым сокращает диапазон его рабочих частот.