Thực đơn
trang chủMicrosoft

Điốt xung. Sự khác biệt giữa diode xung và diode chỉnh lưu là gì?

Điốt xung – Đây là một diode có thời gian chuyển tiếp ngắn, được thiết kế để sử dụng trong các chế độ hoạt động xung. Οʜᴎ được sử dụng làm phần tử chuyển mạch (ví dụ: trong máy tính), để phát hiện tín hiệu tần số cao và cho các mục đích khác.

Tại Thay đổi nhanhđiện áp trên diode ở tiếp điểm -, các quá trình nhất thời xảy ra do hai quá trình chính. Đầu tiên là sự tích tụ các sóng mang không gốc trong đế của diode khi nó được bật trực tiếp, ᴛ.ᴇ. điện dung khuếch tán. Và khi điện áp thay đổi ngược lại (hoặc khi giảm), điện tích này sẽ tan biến. Hiện tượng thứ hai là sự nạp lại điện dung rào cản, cũng không xảy ra ngay lập tức mà được đặc trưng bởi hằng số thời gian, trong đó điện trở vi phân của diode (điện trở trên Dòng điện xoay chiều), a - điện dung rào cản - chuyển tiếp.

Hiện tượng đầu tiên đóng vai trò quan trọng ở mật độ cao của dòng điện chuyển tiếp qua diode, điện tích của điện dung rào cản trong trong trường hợp nàyđóng vai trò thứ yếu. Ở mật độ dòng điện thấp, các quá trình nhất thời trong diode được xác định bởi hiện tượng thứ hai và vai trò thứ yếu được thực hiện bởi sự tích tụ của các hạt mang điện không phải bazơ trong đế.

Chúng ta hãy xem xét quá trình chuyển đổi một diode từ trạng thái có độ dẫn điện cao (diode mở) sang trạng thái có độ dẫn điện thấp (diode đóng) (Hình 1.11), khi đặt điện áp một chiều, một dòng điện thuận đáng kể sẽ xuất hiện, dẫn đến sự tích tụ của các hạt mang điện không phải bazơ trong khu vực bazơ (đây là vùng có điện trở cao N- vùng đất).

Khi một diode được chuyển từ hướng thuận sang hướng ngược lại, tại thời điểm ban đầu, một dòng điện ngược lớn chạy qua diode, bị giới hạn chủ yếu bởi điện trở thể tích của đế. Theo thời gian, các hạt tải điện thiểu số tích lũy trong cực gốc sẽ kết hợp lại hoặc rời khỏi điểm nối, và dòng điện ngược giảm xuống giá trị đứng yên. Toàn bộ quá trình này mất thời gian phục hồi điện trở ngược– khoảng thời gian kể từ thời điểm dòng điện đi qua điểm 0 sau khi chuyển mạch diode cho đến khi dòng điện ngược đạt giá trị quy định giá trị thấp. Đây là một trong những thông số cơ bản của điốt xung và theo giá trị của nó, chúng được chia thành sáu nhóm: >500 ns; =150…500 ns;=30…150 ns, =5…30 ns; =1…5 ns và<1 нс.

Hình 1.11 - Quá trình chuyển một diode từ trạng thái mở sang trạng thái đóng

Khi một xung dòng điện được truyền theo hướng thuận, sự tăng điện áp được quan sát thấy ở thời điểm đầu tiên sau khi bật (Hình 1.12), liên quan đến sự tăng điện áp cho đến khi tích tụ các sóng mang không gốc trong đế của diode kết thúc. Sau đó, điện trở cơ sở giảm và điện áp giảm.

Hình 1.12 -. Quá trình chuyển một diode từ trạng thái đóng sang trạng thái mở

Quá trình này được đặc trưng bởi tham số thứ hai của diode xung - thời gian thiết lập điện áp chuyển tiếp, bằng khoảng thời gian từ khi bắt đầu xung dòng điện cho đến khi đạt đến giá trị quy định của điện áp thuận.

Giá trị của các tham số này phụ thuộc vào cấu trúc của diode và vào tuổi thọ của các hạt mang điện không chứa bazơ trong đế điốt. Để giảm tuổi thọ của các vật mang không có đế, một lượng nhỏ tạp chất vàng được đưa vào đế. Các nguyên tử vàng đóng vai trò là trung tâm tái hợp bổ sung; do sự xuất hiện của chúng, tuổi thọ của các hạt mang điện và do đó, khả năng khuếch tán của quá trình chuyển đổi giảm. Giảm khả năng rào cản đạt được bằng các phương pháp công nghệ và xây dựng. Điốt xung được sản xuất trên cơ sở công nghệ phẳng, tăng trưởng epiticular và công nghệ chùm ion. Vật liệu bán dẫn chính trong trường hợp này là silicon.

Trong các mạch xung tốc độ cao, điốt Schottky (Hình 1.13) được sử dụng rộng rãi, trong đó quá trình chuyển đổi được thực hiện trên cơ sở tiếp điểm bán dẫn kim loại. Ký hiệu được hiển thị trong Hình 16.

Hình 1.13 - Ký hiệu diode Schottky

Các điốt này không mất thời gian tích lũy và hòa tan điện tích trong đế; hiệu suất của chúng chỉ phụ thuộc vào tốc độ của quá trình nạp lại điện dung rào cản. Đặc tính dòng điện-điện áp của điốt Schottky giống với đặc tính của điốt tiếp điểm cơ sở. Sự khác biệt là nhánh thuận trong vòng 8 - 10 thập kỷ của điện áp đặt vào biểu thị một đường cong hàm mũ gần như lý tưởng và dòng điện ngược lại nhỏ (phân số đến hàng chục nanoampe).

Về mặt cấu trúc, điốt Schottky được chế tạo dưới dạng một tấm wafer silicon có điện trở thấp, trên đó áp dụng một màng epiticular có điện trở cao với tính dẫn điện cùng loại. Một lớp kim loại được phủ lên bề mặt màng bằng cách lắng đọng chân không.

Điốt Schottky cũng được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu dòng điện cao và các thiết bị logarit.

Điốt xung - khái niệm và các loại. Phân loại và đặc điểm của danh mục "Điốt xung" 2017, 2018.

Diode xung là một diode có thời gian chuyển tiếp ngắn, được thiết kế để sử dụng trong các chế độ hoạt động xung. Chúng được sử dụng làm phần tử chuyển mạch, để phát hiện tín hiệu tần số cao và cho các mục đích khác. Với sự thay đổi nhanh chóng về điện áp trên diode trong điểm nối pn, các quá trình nhất thời xảy ra do hai quá trình chính. Đầu tiên là sự tích tụ các hạt tải điện thiểu số trong đế của diode khi nó được bật trực tiếp, tức là. điện dung khuếch tán. Và khi điện áp thay đổi ngược lại (hoặc khi giảm), điện tích này sẽ tan biến. Hiện tượng thứ hai là sự nạp lại điện dung rào cản, cũng không xảy ra ngay lập tức mà được đặc trưng bởi hằng số thời gian t=rd*Cbar, trong đó rd là điện trở vi sai của diode (điện trở AC) và Cbar là rào cản điện dung của tiếp giáp pn. Hiện tượng đầu tiên đóng vai trò chính ở mật độ cao của dòng điện chuyển tiếp qua diode; điện tích của điện dung rào cản trong trường hợp này đóng vai trò thứ yếu. Ở mật độ dòng điện thấp, các quá trình nhất thời trong diode được xác định bởi hiện tượng thứ hai và sự tích tụ các hạt mang điện thiểu số trong đế đóng vai trò thứ yếu.

Hãy xem xét quá trình chuyển đổi một diode từ trạng thái dẫn điện cao (diode mở) sang trạng thái dẫn điện thấp (diode đóng). Khi đặt một điện áp thuận, một dòng điện thuận đáng kể sẽ xuất hiện, dẫn đến sự tích tụ các hạt mang điện thiểu số trong vùng cơ sở (đây là vùng n - có điện trở suất cao). Khi một diode chuyển từ hướng thuận sang hướng ngược lại, tại thời điểm ban đầu, một dòng điện ngược lớn chạy qua diode, bị giới hạn chủ yếu bởi điện trở thể tích của đế. Theo thời gian, các hạt tải điện thiểu số tích lũy trong cực gốc kết hợp lại hoặc thoát ra khỏi điểm nối pn, và dòng điện ngược giảm xuống giá trị ở trạng thái ổn định. Toàn bộ quá trình này cần thời gian phục hồi của điện trở ngược tgoc - khoảng thời gian kể từ thời điểm dòng điện đi qua 0 sau khi chuyển mạch diode cho đến khi dòng điện ngược đạt đến một giá trị thấp nhất định. Đây là một trong những thông số chính của điốt xung và theo giá trị của nó, chúng được chia thành sáu nhóm: tboc >500 ns; tboc =150…500 ns; tboc =30…150 ns, tboc =5…30 ns; tboc =1…5 ns và tboc<1 нс.

Hình 1.11 - Quá trình chuyển một diode từ trạng thái mở sang trạng thái đóng

Khi một xung dòng điện được truyền theo hướng thuận, sự tăng điện áp được quan sát thấy ở thời điểm đầu tiên sau khi bật (Hình 1.12), liên quan đến sự tăng điện áp cho đến khi quá trình tích tụ các hạt tải điện thiểu số trong đế diode kết thúc. Sau đó, điện trở cơ sở giảm và điện áp giảm.

Hình 1.12 Quá trình chuyển một diode từ trạng thái đóng sang trạng thái mở

Giá trị của các tham số này phụ thuộc vào cấu trúc của diode và vào tuổi thọ của các hạt mang điện thiểu số trong đế diode. Để giảm tuổi thọ của các chất mang thiểu số, một lượng nhỏ tạp chất vàng được đưa vào đế. Các nguyên tử vàng đóng vai trò là trung tâm tái hợp bổ sung; do sự xuất hiện của chúng, tuổi thọ của các hạt mang điện và do đó, khả năng khuếch tán của tiếp giáp pn giảm. Giảm khả năng rào cản đạt được bằng các phương pháp công nghệ và xây dựng. Điốt xung được sản xuất dựa trên công nghệ phẳng, tăng trưởng epiticular và công nghệ chùm ion. Vật liệu bán dẫn chính trong trường hợp này là silicon. Trong các mạch xung tốc độ cao, điốt Schottky được sử dụng rộng rãi, trong đó quá trình chuyển đổi được thực hiện trên cơ sở tiếp xúc bán dẫn kim loại. Biểu tượng được thể hiện trong hình.

Hình - Ký hiệu diode Schottky

Các điốt này không mất thời gian tích lũy và hòa tan điện tích trong đế; hiệu suất của chúng chỉ phụ thuộc vào tốc độ của quá trình nạp lại điện dung rào cản. Đặc tính dòng điện-điện áp của điốt Schottky giống với đặc tính của điốt dựa trên các điểm nối pn. Sự khác biệt là nhánh thuận trong vòng 8 - 10 thập kỷ của điện áp đặt vào biểu thị một đường cong hàm mũ gần như lý tưởng và dòng điện ngược lại nhỏ (phân số đến hàng chục nanoampe). Về mặt cấu trúc, điốt Schottky được chế tạo dưới dạng một tấm wafer silicon có điện trở thấp, trên đó áp dụng một màng epiticular có điện trở cao với tính dẫn điện cùng loại. Một lớp kim loại được phủ lên bề mặt màng bằng cách lắng đọng chân không. Điốt Schottky cũng được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu dòng điện cao và các thiết bị logarit.

Điốt xung.

Cái này điốt thường xuyên, với đặc tính dòng điện-điện áp bình thường nhưng hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Lĩnh vực ứng dụng của chúng là các mạch kỹ thuật số, các phần tử của chúng ở trạng thái mở “0” hoặc ở trạng thái đóng “1”. Do đó, trong ứng dụng này, các tham số thời gian của diode rất đáng quan tâm: tốc độ chuyển từ tắt sang bật và ngược lại của nó nhanh như thế nào. Trong bộ lễ phục. hiển thị một diode xung dựa trên một tiếp điểm không đối xứng. Ta chấp nhận điều kiện nguồn phát có độ dẫn n –. Điều này tạo cơ sở để xem xét hành trạng và dòng điện của chỉ các electron. Với sự bất đối xứng ngược, mọi điều đã nói sẽ áp dụng cho các lỗ.

Hãy xem xét các quá trình trong quá trình chuyển đổi. Hãy đặt điện áp trực tiếp vào nó - một giai đoạn lý tưởng, Hình. MỘT). Ban đầu, các electron có năng lượng cao nhất, nằm ngay gần tiếp giáp p-n, sẽ bắt đầu chuyển động, sau đó chúng sẽ được nối với nhau bởi các electron nằm bên trong vùng n. Do đó, do sự khác biệt về năng lượng hạt tải điện, số lượng của chúng tăng dần và dòng điện thuận tăng dần. Quá trình này theo thời gian được thể hiện trong hình. b) và để đánh giá, tham số tset được đưa vào - thời điểm thiết lập trạng thái mở. Trong một thời gian dài, dòng điện không thay đổi và một số lượng lớn các hạt mang điện thiểu số, các electron, tích tụ trong vùng tiếp giáp “p”. Nồng độ chất mang không cân bằng xuất hiện ở vùng p của tinh thể.

Chúng ta hãy đặt một cực điện áp ngược thay đổi mạnh như nhau vào điểm nối. Các electron không cân bằng tích lũy trong vùng “p” sẽ bắt đầu bị loại bỏ dưới tác động của điện trường vào vùng “n”. Nồng độ của chúng cao nên dòng điện ngược sẽ lớn trong một thời gian. Giai đoạn này của quá trình được thể hiện trong hình. b) là t1. Cuối cùng, quá trình đầu ra sẽ kết thúc, quá trình chuyển đổi trở thành trạng thái đóng. Bây giờ có hai vùng bán dẫn p và n b và một lớp điện môi giữa chúng. Đây là một tụ điện bắt đầu tích điện dưới tác động của điện áp ngược. Dòng điện tích sẽ giảm theo định luật hàm mũ, trong hình. b) đây là thời điểm t2. Nói chung, thời gian phục hồi của trạng thái đóng bằng t1+t2=trecovery.

Cơm. Điốt xung

Cơm. Quá trình trong một diode xung.

Thường không khôi phục >> hơn là khôi phục Để cải thiện các thông số của diode, người ta sử dụng vật liệu có độ linh động sóng mang (Ge) cao, diện tích tiếp giáp được làm nhỏ và sử dụng cấu trúc p-i-n. Một ví dụ về việc sử dụng diode xung được thể hiện trong hình. Hình dạng của điện áp trên điện trở tải tuân theo hình dạng của dòng điện trong hình.

Cơm. Hoạt động của diode xung

Diode là một trong những loại thiết bị được thiết kế trên cơ sở bán dẫn. Nó có một điểm nối p-n, cũng như các cực dương và cực âm. Trong hầu hết các trường hợp, nó được thiết kế để điều chế, chỉnh lưu, chuyển đổi và các hoạt động khác với tín hiệu điện đến.

Nguyên tắc hoạt động:

  1. Điện tác động lên cực âm, lò sưởi bắt đầu phát sáng và điện cực bắt đầu phát ra các electron.
  2. Giữa hai điện cực một điện trường được tạo ra.
  3. Nếu cực dương có điện thế dương, sau đó nó bắt đầu thu hút các electron về phía mình và trường kết quả là chất xúc tác quá trình này. Trong trường hợp này, một dòng điện phát ra được tạo ra.
  4. Giữa các điện cực một điện tích không gian âm được hình thành có thể cản trở chuyển động của các electron. Điều này xảy ra nếu điện thế cực dương quá yếu. Trong trường hợp này, các phần của electron không thể vượt qua được ảnh hưởng của điện tích âm và chúng bắt đầu chuyển động vào trong. hướng ngược lại, quay trở lại cực âm.
  5. Tất cả các điện tử, đạt đến cực dương và không quay trở lại cực âm, hãy xác định các thông số của dòng điện ở cực âm. Đó là lý do tại sao chỉ số này trực tiếp phụ thuộc vào điện thế anode dương.
  6. Dòng chảy của tất cả các điện tử, có khả năng đi tới cực dương, được gọi là dòng điện cực dương, các chỉ số trong diode luôn tương ứng với các thông số của dòng điện cực âm. Đôi khi cả hai chỉ số có thể bằng 0; điều này xảy ra trong trường hợp cực dương có điện tích âm. Trong trường hợp này, trường phát sinh giữa các điện cực không làm tăng tốc các hạt mà ngược lại, làm chúng chậm lại và đưa chúng trở lại cực âm. Diode trong trường hợp này vẫn ở trạng thái khóa, dẫn đến hở mạch.


Thiết bị


Dưới là miêu tả cụ thể thiết bị diode, việc nghiên cứu thông tin này là cần thiết để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các phần tử này:

  1. Khung là một xi lanh chân không có thể được làm bằng các loại vật liệu thủy tinh, kim loại hoặc gốm bền.
  2. Bên trong xi lanh có 2 điện cực. Đầu tiên là cực âm được làm nóng, được thiết kế để đảm bảo quá trình phát xạ điện tử. Cực âm đơn giản nhất trong thiết kế là dây tóc có đường kính nhỏ, nóng lên trong quá trình hoạt động, nhưng ngày nay các điện cực được làm nóng gián tiếp phổ biến hơn. Chúng là những hình trụ làm bằng kim loại và có lớp hoạt động đặc biệt có khả năng phát ra electron.
  3. Bên trong catôt nhiệt gián tiếp Có một bộ phận cụ thể - một sợi dây phát sáng dưới tác dụng của dòng điện, nó được gọi là lò sưởi.
  4. Điện cực thứ hai là cực dương thì cần phải nhận các electron do cực âm giải phóng ra. Để làm được điều này, nó phải có điện thế dương so với điện cực thứ hai. Trong hầu hết các trường hợp, cực dương cũng có dạng hình trụ.
  5. Cả hai điện cực các thiết bị chân không hoàn toàn giống với bộ phát và đế của nhiều loại phần tử bán dẫn.
  6. Để tạo ra một tinh thể diode Silicon hoặc germanium thường được sử dụng nhiều nhất. Một trong những bộ phận của nó là chất dẫn điện loại p và thiếu electron, được hình thành phương pháp nhân tạo. Mặt đối diện của tinh thể cũng có độ dẫn điện, nhưng nó thuộc loại n và có quá nhiều electron. Có một ranh giới giữa hai vùng, được gọi là điểm nối p-n.

Những đặc điểm như vậy của cấu trúc bên trong mang lại cho điốt đặc tính chính của chúng - khả năng dẫn dòng điện chỉ theo một hướng.

Mục đích


 Dưới đây là các lĩnh vực ứng dụng chính của điốt, từ đó mục đích chính của chúng trở nên rõ ràng:

  1. Cầu điốt là 4, 6 hoặc 12 điốt nối với nhau, số lượng của chúng tùy thuộc vào loại mạch, có thể là bán cầu một pha, nửa cầu ba pha hoặc toàn cầu ba pha. Chúng thực hiện các chức năng của bộ chỉnh lưu; tùy chọn này thường được sử dụng nhiều nhất trong máy phát điện ô tô, kể từ khi có những cây cầu như vậy, cũng như việc sử dụng các bộ phận thu gom chổi đi kèm với chúng, đã giúp đến một mức độ lớn giảm kích cỡ của thiết bị này và tăng độ tin cậy của nó. Nếu kết nối được thực hiện nối tiếp và theo một hướng, điều này sẽ làm tăng điện áp tối thiểu cần thiết để mở khóa toàn bộ cầu diode.
  2. Máy dò điốt thu được bằng cách kết hợp các thiết bị này với tụ điện. Điều này là cần thiết để có thể tách biệt phần điều chế khỏi tần số thấp từ các tín hiệu điều chế khác nhau, bao gồm các loại tín hiệu vô tuyến được điều chế biên độ. Những máy dò như vậy là một phần trong thiết kế của nhiều thiết bị gia dụng, chẳng hạn như tivi hoặc radio.
  3. Đảm bảo bảo vệ người tiêu dùng khỏi phân cực sai khi bật đầu vào mạch khỏi xảy ra quá tải hoặc chuyển mạch sự cố lực điện động, xảy ra trong quá trình tự cảm ứng, xảy ra khi tắt tải cảm ứng. Để đảm bảo an toàn cho các mạch khỏi xảy ra tình trạng quá tải, một chuỗi bao gồm một số điốt được kết nối với các bus cung cấp theo hướng ngược lại được sử dụng. Trong trường hợp này, đầu vào được cung cấp bảo vệ phải được kết nối ở giữa chuỗi này. Trong lúc hoạt động bình thường mạch, tất cả các điốt đều ở trạng thái đóng, nhưng nếu chúng phát hiện ra điện thế đầu vào vượt quá giới hạn điện áp cho phép thì một trong các phần tử bảo vệ sẽ được kích hoạt. Do đó, điện thế cho phép này bị giới hạn trong phạm vi điện áp cung cấp cho phép kết hợp với việc giảm điện áp trực tiếp trên thiết bị bảo vệ.
  4. Công tắc, được tạo ra trên cơ sở điốt, được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu có tần số cao. Một hệ thống như vậy được điều khiển bằng dòng điện trực tiếp, tách tần số cao và cung cấp tín hiệu điều khiển, xảy ra do điện cảm và tụ điện.
  5. Chế tạo bảo vệ tia lửa diode. Các rào chắn Shunt-diode được sử dụng để mang lại sự an toàn bằng cách hạn chế điện áp trong mạch điện tương ứng. Kết hợp với chúng, các điện trở giới hạn dòng điện được sử dụng, cần thiết để hạn chế dòng điện đi qua mạng và tăng mức độ bảo vệ.

Việc sử dụng điốt trong thiết bị điện tử ngày nay rất phổ biến vì hầu như không có đa dạng hiện đại Thiết bị điện tử không thể hoạt động nếu không có những yếu tố này.

Kết nối diode trực tiếp


Điểm nối p-n của diode có thể bị ảnh hưởng bởi điện áp được cung cấp từ nguồn bên ngoài. Các chỉ số như cường độ và độ phân cực sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của nó và dòng điện dẫn qua nó.

Dưới đây chúng tôi xem xét chi tiết tùy chọn trong đó cực dương được kết nối với vùng loại p và cực âm với vùng loại n. Trong trường hợp này, chuyển đổi trực tiếp sẽ xảy ra:

  1. Dưới điện áp từ nguồn bên ngoài, một điện trường sẽ được hình thành trong tiếp giáp p-n và hướng của nó sẽ ngược với trường khuếch tán bên trong.
  2. Điện áp trường sẽ giảm đáng kể, điều này sẽ gây ra sự thu hẹp mạnh của lớp rào cản.
  3. Dưới tác động của các quá trình này một số lượng đáng kể các electron sẽ có thể di chuyển tự do từ vùng p sang vùng n, cũng như theo hướng ngược lại.
  4. Chỉ báo dòng điện trôi trong quá trình này vẫn giữ nguyên, vì chúng chỉ phụ thuộc trực tiếp vào số lượng hạt mang điện thiểu số nằm trong vùng tiếp giáp pn.
  5. điện tử có mức độ tăng lên khuếch tán, dẫn đến việc tiêm vào các chất mang thiểu số. Nói cách khác, trong vùng n sẽ có sự gia tăng số lượng lỗ trống và trong vùng p sẽ ghi nhận nồng độ electron tăng lên.
  6. Thiếu cân bằng và tăng số lượng người mang thiểu số khiến chúng đi sâu vào chất bán dẫn và trộn lẫn với cấu trúc của nó, cuối cùng dẫn đến phá hủy tính chất trung hòa điện của nó.
  7. Chất bán dẫnđồng thời, nó có thể khôi phục lại trạng thái trung tính, điều này xảy ra do nhận được điện tích từ nguồn bên ngoài được kết nối, góp phần xuất hiện dòng điện một chiều trong mạch điện bên ngoài.

Kết nối đảo ngược điốt


Bây giờ chúng ta sẽ xem xét một phương pháp bật khác, trong đó cực tính của nguồn bên ngoài mà điện áp được truyền đi thay đổi:

  1. Sự khác biệt chính so với kết nối trực tiếp là rằng điện trường tạo ra sẽ có hướng hoàn toàn trùng với hướng của trường khuếch tán bên trong. Theo đó, lớp rào cản sẽ không còn thu hẹp mà trái lại sẽ mở rộng.
  2. Cánh đồng nằm ở ngã ba pn, sẽ có tác dụng tăng tốc toàn bộ dòng Các hạt mang điện thiểu số, vì lý do này, các chỉ số dòng trôi sẽ không thay đổi. Nó sẽ xác định các thông số của dòng điện thu được đi qua điểm nối pn.
  3. Khi bạn lớn lên điện áp ngược, dòng điện chạy qua điểm nối sẽ có xu hướng đạt giá trị cực đại. Nó có một tên đặc biệt - dòng bão hòa.
  4. Theo định luật hàm mũ, với nhiệt độ tăng dần, các chỉ số dòng bão hòa cũng sẽ tăng.

Điện áp chuyển tiếp và ngược lại


Điện áp ảnh hưởng đến diode được chia theo hai tiêu chí:

  1. Điện áp chuyển tiếp- đây là lúc diode mở ra và dòng điện một chiều bắt đầu đi qua nó, trong khi điện trở của thiết bị cực kỳ thấp.
  2. Điện áp ngược- đây là thiết bị có cực tính ngược và đảm bảo đóng diode khi đi qua nó hiện tại ngược. Đồng thời, các chỉ số điện trở của máy bắt đầu tăng mạnh và đáng kể.

Điện trở của điểm nối pn là một chỉ báo thay đổi liên tục, chủ yếu bị ảnh hưởng bởi điện áp thuận đặt trực tiếp vào diode. Nếu điện áp tăng thì điện trở tiếp giáp sẽ giảm tỷ lệ thuận.

Điều này dẫn đến sự gia tăng các thông số của dòng điện thuận đi qua diode. Khi thiết bị này đóng lại, hầu như toàn bộ điện áp được đặt vào nó, vì lý do này, dòng điện ngược đi qua diode là không đáng kể và điện trở chuyển tiếp đạt đến các thông số cực đại.

Hoạt động của diode và đặc tính điện áp hiện tại của nó


Đặc tính dòng điện - điện áp của các thiết bị này được hiểu là một đường cong thể hiện sự phụ thuộc của dòng điện chạy qua tiếp giáp p-n vào thể tích và độ phân cực của điện áp tác dụng lên nó.

Một đồ thị như vậy có thể được mô tả như sau:

  1. Trục đứng: Vùng trên tương ứng với các giá trị dòng thuận, vùng dưới tương ứng với các tham số dòng ngược.
  2. Trục ngang: Khu vực bên phải dành cho các giá trị điện áp chuyển tiếp; khu vực bên trái cho các thông số điện áp ngược.
  3. Nhánh trực tiếp của đặc tính dòng điện-điện áp phản ánh cường độ dòng điện chạy qua diode. Nó hướng lên trên và chạy gần với trục thẳng đứng, vì nó thể hiện sự gia tăng dòng điện thuận xảy ra khi điện áp tương ứng tăng.
  4. Nhánh thứ hai (ngược lại) tương ứng và hiển thị trạng thái đóng của dòng điện cũng đi qua thiết bị. Vị trí của nó sao cho nó chạy gần như song song với trục ngang. Nhánh này càng dốc về phía phương thẳng đứng thì khả năng chỉnh lưu của một diode cụ thể càng cao.
  5. Theo lịch trình bạn có thể thấy rằng sau khi tăng điện áp thuận chạy qua tiếp giáp p-n, dòng điện sẽ tăng chậm. Tuy nhiên, dần dần, đường cong đạt đến khu vực có thể nhận thấy bước nhảy, sau đó các chỉ số của nó tăng nhanh. Điều này là do sự mở diode và dẫn dòng điện ở điện áp chuyển tiếp. Đối với các thiết bị làm bằng germanium, điều này xảy ra ở điện áp từ 0,1V đến 0,2V (giá trị tối đa 1V) và đối với các nguyên tố silicon, cần có giá trị cao hơn từ 0,5V đến 0,6V (giá trị tối đa 1,5V).
  6. Mức tăng hiện tại được hiển thị có thể dẫn đến quá nhiệt của các phân tử bán dẫn. Nếu quá trình loại bỏ nhiệt xảy ra do các quá trình tự nhiên và hoạt động của bộ tản nhiệt nhỏ hơn mức giải phóng của nó thì cấu trúc của các phân tử có thể bị phá hủy và quá trình này sẽ không thể đảo ngược. Vì lý do này, cần phải hạn chế các thông số dòng điện thuận để tránh quá nhiệt cho vật liệu bán dẫn. Để làm điều này, các điện trở đặc biệt được thêm vào mạch, có kết nối nối tiếp với điốt.
  7. Khám phá nhánh ngược bạn có thể nhận thấy rằng nếu điện áp ngược đặt vào điểm nối p-n bắt đầu tăng thì việc tăng các thông số dòng điện hầu như không đáng kể. Tuy nhiên, trong trường hợp điện áp đạt các thông số vượt quá định mức cho phép, dòng điện ngược đột ngột có thể xảy ra, điều này sẽ làm quá nóng chất bán dẫn và góp phần gây ra sự cố tiếp theo của điểm nối p-n.

Lỗi diode cơ bản


Đôi khi các thiết bị loại này bị lỗi, điều này có thể xảy ra do sự hao mòn tự nhiên và sự lão hóa của các bộ phận này hoặc vì những lý do khác.

Tổng cộng có 3 loại lỗi thường gặp:

  1. Phân tích chuyển tiếp dẫn đến thực tế là diode, thay vì một thiết bị bán dẫn, về cơ bản trở thành chất dẫn điện phổ biến nhất. Ở trạng thái này, nó mất đi các đặc tính cơ bản và bắt đầu truyền dòng điện theo bất kỳ hướng nào. Sự cố như vậy có thể dễ dàng được phát hiện bằng cách sử dụng thiết bị tiêu chuẩn, bắt đầu phát ra tiếng bíp và hiển thị cấp thấpđiện trở trong diode.
  2. Khi bị hỏng quá trình ngược lại xảy ra - thiết bị thường ngừng truyền dòng điện theo bất kỳ hướng nào, nghĩa là về cơ bản nó trở thành một chất cách điện. Để xác định chính xác sự cố, cần sử dụng máy kiểm tra với đầu dò chất lượng cao và có thể sử dụng được, nếu không đôi khi chúng có thể chẩn đoán sai sự cố này. Trong các loại chất bán dẫn hợp kim, sự cố như vậy là cực kỳ hiếm.
  3. Lổ thủng, trong đó độ kín của thân thiết bị bị hỏng dẫn đến thiết bị không thể hoạt động bình thường.

Sự phá vỡ tiếp giáp p-n

Sự cố như vậy xảy ra trong trường hợp dòng điện ngược bắt đầu tăng đột ngột và mạnh, điều này xảy ra do điện áp của loại tương ứng đạt đến giá trị cao không thể chấp nhận được.

Thường có một số loại:

  1. Sự cố nhiệt, nguyên nhân là do nhiệt độ tăng mạnh và quá nhiệt sau đó.
  2. Sự cố về điện, phát sinh dưới tác dụng của dòng điện trên quá trình chuyển đổi.

Biểu đồ đặc tính dòng điện-điện áp cho phép bạn nghiên cứu trực quan các quá trình này và sự khác biệt giữa chúng.

Sự cố điện

Hậu quả do sự cố điện gây ra là không thể khắc phục được vì chúng không phá hủy được tinh thể. Do đó, với việc giảm dần điện áp, có thể khôi phục tất cả các tính chất và thông số vận hành của diode.

Đồng thời, sự cố thuộc loại này được chia thành hai loại:

  1. Sự cố đường hầm xảy ra trong quá trình đi qua điện cao thế qua các điểm nối hẹp, giúp cho các electron riêng lẻ có thể trượt qua nó. Chúng thường xảy ra nếu các phân tử bán dẫn chứa một lượng lớn tạp chất khác nhau. Trong thời gian xảy ra sự cố như vậy, dòng điện ngược bắt đầu tăng mạnh và nhanh chóng, đồng thời điện áp tương ứng ở mức thấp.
  2. Các loại sự cố tuyết lở có thể xảy ra do ảnh hưởng của trường mạnh có khả năng tăng tốc các hạt mang điện lên mức tối đa, nhờ đó chúng đánh bật một số electron hóa trị khỏi nguyên tử, sau đó bay vào vùng dẫn điện. Hiện tượng này có tính chất tuyết lở, do đó loại này sự cố và nhận được tên này.

Sự cố nhiệt

Sự cố như vậy có thể xảy ra vì hai lý do chính: loại bỏ nhiệt không đủ và quá nhiệt ở điểm nối p-n, xảy ra do dòng điện chạy qua nó với tốc độ quá cao.

Khuyến mãi chế độ nhiệt độ trong khu vực chuyển tiếp và lân cận gây ra những hậu quả sau:

  1. Sự phát triển của rung động nguyên tử, được bao gồm trong tinh thể.
  2. Đánh electron vào vùng dẫn.
  3. Nhiệt độ tăng mạnh.
  4. Phá hủy và biến dạng cấu trúc tinh thể.
  5. Hoàn toàn thất bại và sự cố của toàn bộ thành phần vô tuyến.

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức thật đơn giản. Sử dụng mẫu dưới đây

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng kiến ​​thức trong học tập và công việc sẽ rất biết ơn các bạn.

Đăng trên http://www.allbest.ru/

Bộ Giáo dục và Khoa học Ukraina

Dnepropetrovsk đại học Quốc giađược đặt theo tên của Oles Gonchar

Khoa Vật lý, Điện tử

và hệ thống máy tính

Khoa Điện tử vô tuyến

Trắc nghiệm “Điện tử thể rắn”

Về chủ đề: “Đặc điểm của diode”

Hoàn thành

sinh viên nhóm KM-11-1

Mironenkov R.D.

Đã kiểm tra

Bằng tiến sĩ. vật lý và toán học Khoa học, Phó Giáo sư Bộ môn Điện tử Vô tuyến.

Makarov V.A.

Dnepropetrovsk 2013

Tiểu luận

Từ khóa: diode xung, diode cao tần, diode Gunn, đặc tính dòng điện của diode.

Mục đích của công việc: nghiên cứu đặc điểm và nguyên lý hoạt động của điốt xung và tần số cao

Giới thiệu

1. Diode xung. Nguyên lý hoạt động

2. Điốt tần số cao. Nguyên lý hoạt động

2.1 Điốt Gunn

3. Sản xuất điốt

Phần kết luận

Thư mục

Giới thiệu

Chất bán dẫn đã trở thành mỏ vàng công nghệ thực sự khi người ta học cách tạo ra các cấu trúc giống như những chiếc bánh nhiều lớp từ chúng.

Bằng cách phát triển lớp bán dẫn n trên tấm bán dẫn p, chúng ta thu được chất bán dẫn hai lớp. Lớp chuyển tiếp giữa chúng được gọi là điểm nối pn. Nếu bạn hàn một dây kết nối vào mỗi nửa, bạn sẽ có được một diode bán dẫn tác động lên dòng điện giống như một cái van: nó truyền dòng điện tốt theo một hướng và hầu như không truyền theo hướng khác.

Lớp rào cản làm thẳng xảy ra như thế nào? Sự hình thành lớp bắt đầu với nửa p có nhiều lỗ hơn và nửa n có nhiều electron hơn. Sự khác biệt về mật độ hạt tải điện bắt đầu cân bằng thông qua quá trình chuyển đổi: lỗ trống xâm nhập vào nửa n, electron vào nửa p.

Sử dụng nguồn dòng điện bên ngoài, bạn có thể tăng hoặc giảm rào cản tiềm năng bên ngoài. Nếu đặt điện áp một chiều vào diode, nghĩa là cực dương được nối với nửa p, thì cực bên ngoài sẽ lực điện sẽ bắt đầu hoạt động chống lại lớp kép và diode truyền một dòng điện tăng nhanh khi điện áp tăng. Nếu bạn thay đổi cực tính của dây dẫn, điện áp sẽ giảm gần như bằng không. Nếu một diode được kết nối với mạch điện áp xoay chiều, nó sẽ đóng vai trò là bộ chỉnh lưu, nghĩa là đầu ra sẽ có điện áp dao động không đổi theo một hướng (từ cộng sang trừ). Để làm phẳng biên độ, hay còn gọi là “giá trị cực đại” của gợn sóng dòng điện, việc bổ sung một tụ điện song song với diode sẽ rất hiệu quả. Ví dụ, các bộ chỉnh lưu cần thiết cho vận hành chính xác thiết bị gia dụng (vì hầu hết tất cả các thiết bị điện đều tiêu thụ điện áp không đổi. Đó là TV, radio, VCR, v.v.). Ngoài ra, điốt bán dẫn còn cần thiết để giải mã video, radio, hình ảnh và các tín hiệu khác thành tín hiệu tần số điện. Sử dụng đặc tính này của chất bán dẫn, chúng ta xem TV hoặc nghe radio.

Ngoài ra còn có các điốt bán dẫn khác thường - đèn LED và điốt quang. Photodiode chỉ truyền dòng điện khi ánh sáng chiếu vào cơ thể chúng. Và đèn LED, khi dòng điện đi qua chúng, bắt đầu phát sáng. Màu sắc của đèn LED phụ thuộc vào loại nó thuộc về.

Điốt bán dẫn được chia thành các nhóm tùy thuộc vào công suất, dải tần số hoạt động, điện áp và dải tần số hoạt động. Cả điốt và bóng bán dẫn đều có một đặc tính duy nhất. Khi nhiệt độ thay đổi chúng sức đề kháng nội bộ thay đổi và do đó cường độ dòng điện chỉnh lưu cũng thay đổi tăng hoặc giảm. Ánh sáng và điốt quang được sử dụng làm cảm biến và chỉ báo.

1. Diode xung. Nguyên lý hoạt động

Đây là những điốt thông thường, có đặc tính dòng điện-điện áp bình thường, nhưng hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Lĩnh vực ứng dụng của chúng là các mạch kỹ thuật số, các phần tử của chúng ở trạng thái mở “0” hoặc ở trạng thái đóng “1”. Do đó, trong ứng dụng này, các tham số thời gian của diode rất đáng quan tâm: tốc độ chuyển từ tắt sang bật và ngược lại của nó nhanh như thế nào. Hình 1 cho thấy một diode xung dựa trên một tiếp điểm không đối xứng. Ta chấp nhận điều kiện nguồn phát có độ dẫn điện n -. Điều này tạo cơ sở để xem xét hành trạng và dòng điện của chỉ các electron. Với sự bất đối xứng ngược, mọi điều đã nói sẽ áp dụng cho các lỗ.

Hình.1. Điốt xung

Hãy xem xét các quá trình trong quá trình chuyển đổi. Hãy đặt một điện áp trực tiếp vào nó - một giai đoạn lý tưởng (Hình 2.a). Ban đầu, các electron có năng lượng cao nhất, nằm ngay gần tiếp giáp p-n, thì chúng sẽ được nối với những thứ nằm trong vùng n. Do đó, do sự khác biệt về năng lượng hạt tải điện, số lượng của chúng tăng dần và dòng điện thuận tăng dần. Quá trình này theo thời gian được hiển thị trong Hình 2.b và để đánh giá, tham số t miệng được đưa ra - thời gian thiết lập trạng thái mở. Trong một thời gian dài, dòng điện không thay đổi và một số lượng lớn các hạt mang điện thiểu số, các electron, tích tụ trong vùng tiếp giáp “p”. Nồng độ chất mang không cân bằng xuất hiện ở vùng p của tinh thể.

Chúng ta hãy đặt một cực điện áp ngược thay đổi mạnh như nhau vào điểm nối. Các electron không cân bằng tích lũy trong vùng “p” sẽ bắt đầu bị loại bỏ dưới tác động của điện trường vào vùng “n”. Nồng độ của chúng cao nên dòng điện ngược sẽ lớn trong một thời gian. Giai đoạn này của quy trình được thể hiện trong Hình 2.b dưới dạng t 1. Cuối cùng, quá trình đầu ra sẽ kết thúc, quá trình chuyển đổi trở thành trạng thái đóng. Bây giờ có hai vùng bán dẫn p và n b và một lớp điện môi giữa chúng. Đây là một tụ điện bắt đầu tích điện dưới tác động của điện áp ngược. Dòng điện tích sẽ giảm theo định luật hàm mũ, trong hình 2.b đây là thời điểm t 2. Nói chung, thời gian phục hồi của trạng thái đóng bằng t 1 + t 2 = t recovery.

Hình 2. Các quá trình trong một diode xung

Thường là tres >> trest. Để cải thiện các thông số của diode, người ta sử dụng vật liệu có độ linh động sóng mang (Ge) cao, diện tích tiếp giáp được làm nhỏ và sử dụng cấu trúc p-i-n. Một ví dụ về việc sử dụng diode xung được thể hiện trong hình. Hình dạng điện áp trên điện trở tải lặp lại hình dạng hiện tại trong Hình 3.

Hình 3. Hoạt động của diode xung

2. Điốt tần số cao. Nguyên lý hoạt động

Trong công nghệ tần số siêu cao (để hoạt động trong phạm vi sóng centimet và milimet), các điốt tần số siêu cao gecmani và silicon đặc biệt (điốt vi sóng) được sử dụng. Theo mục đích của chúng, điốt vi sóng được chia thành các điốt dò video, dùng để phát hiện dao động vi sóng, điốt chuyển mạch, dùng trong các thiết bị điều khiển mức công suất vi sóng, điốt tham số, dùng trong các bộ khuếch đại tham số của dao động vi sóng và bộ chuyển đổi. Đổi lại, các điốt chuyển đổi sử dụng tính phi tuyến của đặc tính dòng điện-điện áp của quá trình chuyển đổi được chia thành:

· Thiết bị trộn dùng để chuyển đổi tín hiệu vi sóng và tín hiệu dao động cục bộ thành tín hiệu tần số trung gian;

· số nhân, dùng để nhân tần số của tín hiệu vi sóng;

· Bộ điều biến, dùng để điều chỉnh biên độ của tín hiệu vi sóng.

Điốt vi sóng thường sử dụng một điểm tiếp xúc. Điểm nối trong điốt như vậy không được hình thành. Tiếp điểm chỉnh lưu được thực hiện bằng cách chỉ cần ấn đầu lò xo tiếp xúc kim loại vào bề mặt được đánh bóng của chất bán dẫn. Các điốt này được làm bằng vật liệu có điện trở rất thấp (tuổi thọ của hạt tải điện ngắn) và có bán kính tiếp xúc điểm rất nhỏ (2-3 µm), mang lại đặc tính tần số cao tốt. Tuy nhiên, điện áp đánh thủng của điốt vi sóng rất thấp (chỉ 3-5 V) và điện áp chuyển tiếp tương đối cao.

Dòng điện ngược của chúng, mặc dù nhỏ, bắt đầu tăng gần như từ 0 do hiệu ứng chui hầm của các hạt tải điện qua điểm nối (Hình 4).

Cơm. 4. Đặc tính I-V của diode cao tần

Thiết kế của điốt vi sóng thường được điều chỉnh để ghép nối với các phần tử của đường truyền đồng trục hoặc ống dẫn sóng, với đầu đo và các bộ phận khác của hệ thống vi sóng. Trong phần sóng dài của phạm vi vi sóng (3-10 cm), loại vỏ chính là loại hộp mực kim loại-gốm hoặc kim loại-thủy tinh. Trong phạm vi bước sóng 1-3 cm, kích thước và điện dung của những trường hợp này trở nên lớn đến mức không thể chấp nhận được và do đó, tiếp điểm chỉnh lưu được lắp trong trường hợp loại đồng trục. Trong phạm vi sóng milimet, thiết kế ống dẫn sóng được sử dụng.

Ngoài bước sóng mà diode vi sóng có các thông số đảm bảo theo tiêu chuẩn điều khoản tham chiếu và dữ liệu tối đa cho phép, điốt vi sóng còn được đặc trưng bởi các thông số điện phản ánh giá trị chính. Như vậy, điốt vi sóng trộn được đặc trưng bởi tổn thất chuyển đổi (tỷ lệ giữa công suất vi sóng ở đầu vào với công suất tần số trung gian ở đầu ra diode), tỷ lệ nhiễu (tỷ lệ công suất nhiễu ở đầu ra diode ở chế độ vận hành với công suất nhiệt). công suất nhiễu của điện trở hoạt động của điốt), hệ số nhiễu chuẩn hóa đặc trưng cho độ nhạy tổng quát của thiết bị thu và trở kháng đầu ra vi sai. Trong một số trường hợp, thông số điện không chỉ xác định các đặc tính của chính diode vi sóng mà còn cả các đặc tính của thiết bị vi sóng cụ thể mà diode này được lắp đặt.

Cần lưu ý rằng công suất mà diode “cháy”, kèm theo sự suy giảm không thể đảo ngược của đặc tính dòng điện hoặc sự cố là rất nhỏ. Do đó, cần loại trừ mọi ảnh hưởng ngoài ý muốn và thực hiện các biện pháp bảo vệ cần thiết cả trong quá trình vận hành và bảo quản diode vi sóng (ví dụ, việc xả tĩnh điện tích lũy trên cơ thể người vận hành qua diode là không thể chấp nhận được; bảo quản diode trong hộp kim loại hộp mực, v.v.).

Trong các thiết bị sóng milimet (đặc biệt là các thiết bị tích hợp), điốt tuyết lở được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bộ khuếch đại vi sóng mạnh mẽ và điốt Gunn được sử dụng rộng rãi để chế tạo máy phát vi sóng. Các điốt này sử dụng hiện tượng hạn chế độ linh động của điện tử trong điện trường có cường độ trên tới hạn và đặc tính dòng điện-điện áp của chúng có một phần có điện trở vi sai âm. Điốt tuyết lở hoạt động ở chế độ nhân tuyết lở nhân các hạt mang điện với độ lệch ngược của quá trình chuyển đổi điện. Điốt Gunn (không có điểm nối chỉnh lưu trong cấu trúc của các thiết bị này) sử dụng hiệu ứng xảy ra dao động điện trong tấm gali arsenide khi đặt một điện áp không đổi vào nó, tạo ra điện trường có cường độ hơn 105 V /m.

Điốt tuyết lở được sản xuất công nghiệp và máy phát điện Gunn được thiết kế để tạo ra công suất đầu ra vi sóng liên tục vài chục miliwatt. Ở chế độ xung, công suất này có thể tăng lên vài bậc độ lớn. Để tăng công suất đầu ra, cần có điốt tuyết lở và máy phát Gunn có diện tích tiếp giáp điện tử-lỗ trống lớn hơn và diện tích màng bán dẫn mỏng lớn hơn. Hơn nữa, chúng phải đồng nhất không chỉ về độ dày mà còn về diện tích.

Tần số hoạt động của điốt vi sóng silicon hiện đại đã đạt đến giới hạn lý thuyết. Do đó, để cải thiện hơn nữa các đặc tính tần số, cần phải sử dụng một loại vật liệu khác, cũng như phát triển các thiết bị bán dẫn có nguyên lý hoạt động khác.

2.1 Điốt súng

Diode Gunn (được phát minh bởi John Gunn năm 1963) là một loại diode bán dẫn dùng để tạo ra và chuyển đổi các dao động trong dải vi sóng ở tần số từ 0,1 đến 100 GHz. Không giống như các loại điốt khác, nguyên lý hoạt động của điốt Gunn không dựa trên tính chất của các điểm nối p-n, tức là. tất cả các đặc tính của nó được xác định không phải bởi các tác động phát sinh ở điểm nối của hai chất bán dẫn khác nhau, mà bởi các đặc tính bên trong của vật liệu bán dẫn được sử dụng.

Trong văn học Nga, điốt Gunn được gọi là thiết bị có độ không ổn định về khối lượng hoặc có khả năng truyền điện tử theo từng khoảng thời gian, vì thuộc tính hoạt độngđiốt được tạo ra bởi sự chuyển đổi của các electron từ thung lũng năng lượng “trung tâm” sang “phía bên”, nơi chúng có thể được đặc trưng bởi độ linh động thấp và khối lượng hiệu dụng lớn. Trong tài liệu nước ngoài, diode Gunn tương ứng với thuật ngữ TED (Thiết bị điện tử chuyển giao). diode súng xung tần số cao

Dựa trên hiệu ứng Gunn, người ta đã chế tạo được máy phát và điốt khuếch đại, dùng làm máy phát bơm trong các bộ khuếch đại tham số, bộ tạo dao động cục bộ trong máy thu siêu âm và máy phát trong máy phát công suất thấp và trong công nghệ đo lường.

Khi tạo các tiếp điểm ohmic có điện trở thấp cần thiết cho hoạt động của điốt Gunn, có hai cách tiếp cận:

· Đầu tiên là tìm kiếm một công nghệ có thể chấp nhận được để gửi các tiếp điểm như vậy trực tiếp lên gallium arsenide có điện trở suất cao.

· Phương pháp thứ hai là chế tạo cấu trúc máy phát điện nhiều lớp. Trong các điốt có cấu trúc này, các lớp epiticular của gali arsenua có điện trở tương đối thấp với độ dẫn điện loại n được trồng trên cả hai mặt của một lớp gali arsenua có điện trở suất tương đối cao, đóng vai trò là bộ phận hoạt động của máy phát điện. Các lớp hợp kim cao này đóng vai trò là lớp chuyển tiếp từ bộ phận làm việc của thiết bị sang các điện cực kim loại.

Một diode Gunn theo truyền thống bao gồm một lớp arsenide gali với các tiếp điểm ohmic ở cả hai bên. Phần hoạt động của diode Gunn thường có chiều dài khoảng l = 1-100 μm và nồng độ tạp chất dopant cho n = 1014? 1016cm?3. Trong vật liệu này trong vùng dẫn có hai cực tiểu năng lượng, tương ứng với hai trạng thái của electron - “nặng” và “ánh sáng”. Về vấn đề này, khi cường độ điện trường ngày càng tăng, tốc độ trôi trung bình của các electron tăng cho đến khi trường đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, sau đó giảm xuống, có xu hướng đạt tốc độ bão hòa.

Do đó, nếu một điện áp được đặt vào diode vượt quá tích của cường độ trường tới hạn và độ dày của lớp gali arsenide trong diode, thì sự phân bố điện áp đồng đều trên toàn bộ độ dày của lớp sẽ trở nên không ổn định. Sau đó, nếu cường độ trường tăng nhẹ ngay cả trong một vùng mỏng, các electron nằm gần cực dương sẽ “rút lui” từ vùng này về phía nó và các electron nằm ở cực âm sẽ cố gắng “bắt kịp” kết quả. lớp điện tích kép di chuyển về phía anot. Khi di chuyển, cường độ trường ở lớp này sẽ liên tục tăng lên, còn ở bên ngoài sẽ giảm dần cho đến khi đạt giá trị cân bằng. Một lớp điện tích kép chuyển động như vậy với điện trường cao bên trong được gọi là miền trường mạnh và điện áp tại đó nó xuất hiện được gọi là điện áp ngưỡng.

Tại thời điểm bắt đầu miền, dòng điện trong diode đạt giá trị cực đại. Khi miền được hình thành, nó giảm dần và đạt mức tối thiểu khi kết thúc quá trình hình thành. Đến cực dương, miền bị phá hủy và dòng điện lại tăng. Nhưng ngay khi đạt đến mức tối đa, tên miền mới. Tần số lặp lại của quá trình này tỷ lệ nghịch với độ dày của lớp bán dẫn và được gọi là tần số truyền.

Về đặc tính dòng điện-điện áp của thiết bị bán dẫn, sự có mặt của phần rơi không phải là điều kiện đủ để xảy ra dao động vi sóng trong thiết bị bán dẫn, nhưng nó là cần thiết. Sự hiện diện của dao động có nghĩa là sự mất ổn định của nhiễu sóng xảy ra trong không gian của tinh thể bán dẫn. Nhưng sự không ổn định như vậy phụ thuộc vào các thông số của chất bán dẫn (cấu hình pha tạp, kích thước, nồng độ chất mang, v.v.).

Hình.5. Đặc tính I-V của diode Gunn

Khi đặt diode Gunn vào bộ cộng hưởng, có thể thực hiện các chế độ tạo khác, trong đó tần số dao động có thể được điều chỉnh cả thấp hơn và cao hơn tần số chuyến bay. Hiệu suất của máy phát điện như vậy tương đối cao, nhưng công suất tối đa không vượt quá 200-300 mW.

Một diode Gunn có thể được sử dụng để tạo ra bộ dao động ở dải tần 10 GHz trở lên (THz). Và một bộ cộng hưởng, có thể ở dạng ống dẫn sóng, được thêm vào để kiểm soát tần số. Tần số của bộ dao động diode Gunn được xác định chủ yếu bởi tần số cộng hưởng hệ thống dao động, có tính đến độ dẫn điện dung của diode và có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng bằng phương pháp cơ và điện. Tuy nhiên, tuổi thọ của máy phát điện Gunn tương đối ngắn, do tác động đồng thời lên tinh thể bán dẫn của các yếu tố như điện trường mạnh và quá nhiệt của tinh thể do năng lượng giải phóng trong nó.

Điốt Gunn hoạt động trong nhiều chế độ khác nhau, được sử dụng trong dải tần số 1-100 GHz. Ở chế độ liên tục, các máy phát điện thực dựa trên điốt Gunn có hiệu suất khoảng 2-4% và có thể cung cấp Công suất ra từ đơn vị mW đến đơn vị W. Nhưng khi chuyển sang chế độ xung thì hiệu suất tăng lên gấp 2-3 lần. Các hệ thống cộng hưởng đặc biệt cho phép thêm một số sóng hài cao hơn vào công suất của tín hiệu đầu ra hữu ích nhằm tăng hiệu quả và chế độ này được gọi là thư giãn.

Có một số chế độ khác nhau, trong đó một máy phát đi-ốt Gunn có thể thực hiện công, tùy thuộc vào điện áp nguồn, nhiệt độ, các đặc tính tải: chế độ miền, chế độ lai, chế độ tích lũy hạn chế của điện tích không gian và chế độ dẫn điện âm.

Chế độ được sử dụng phổ biến nhất là chế độ miền, được đặc trưng bởi sự tồn tại của miền lưỡng cực trong một phần đáng kể của chu kỳ dao động. Chế độ miền có thể có ba nhiều loại khác nhau: span, với độ trễ trong việc hình thành các miền và với sự triệt tiêu các miền, điều này đạt được khi điện trở tải thay đổi.

Đối với điốt Gunn, một chế độ hạn chế và tích lũy điện tích không gian cũng được phát minh và triển khai. Sự tồn tại của nó xảy ra ở biên độ điện áp lớn ở tần số lớn hơn tần số chuyến bay vài lần và ở điện áp không đổi trên diode, cao hơn nhiều lần so với giá trị ngưỡng. Tuy nhiên, có những yêu cầu để thực hiện chế độ này: cần có điốt có cấu hình pha tạp rất đồng đều. Sự phân bố đồng đều của điện trường và nồng độ electron dọc theo chiều dài của mẫu được đảm bảo bởi tốc độ cao thay đổi điện áp trên diode.

Cùng với gallium arsenide và indium phosphide InP (lên đến 170 GHz) sử dụng phương pháp tăng trưởng epiticular, gallium nitride (GaN) cũng được sử dụng để sản xuất điốt Gunn, trong đó hầu hết Tân sô cao dao động trong điốt Gunn - 3 THz. Diode Gunn ở mức thấp nhiễu biên độ và điện áp nguồn hoạt động thấp (từ đơn vị đến hàng chục V).

Hoạt động của điốt xảy ra trong các buồng cộng hưởng, ở dạng vi mạch trên đế điện môi với các phần tử điện dung và cảm ứng cộng hưởng, hoặc ở dạng kết hợp các bộ cộng hưởng với vi mạch.

3. Sản xuất điốt

Công nghệ sản xuất điốt có thể dựa trên bất kỳ phương pháp nào được mô tả ở trên để tạo ra các điểm nối p-hc trên silicon và germani. Tuy nhiên, một thiết bị có chất lượng khuếch đại tốt nhất thu được bằng cách khuếch tán, sử dụng công nghệ mesa.

Công nghệ chế tạo điốt Gunn tương đối đơn giản. Điốt được chế tạo trên cơ sở các tinh thể đơn hoặc trên cơ sở màng GaAs epiticular. Kích thước của các tấm để sản xuất điốt được lựa chọn dựa trên các điều kiện của chế độ hoạt động của chúng và các thông số cần thiết.

Đối với các thông số và công nghệ chế tạo điốt và thyristor, các chữ viết tắt sau được sử dụng trong văn bản và bảng biểu: Si - silicon, Qe - germanium, GaAs - gallium arsepide, CaP - gallium phosphite, Si(CO 3) 2 - silicon cacbua.

Phần kết luận

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét các nguyên lý hoạt động của điốt xung và tần số cao. Mỗi điốt có các thông số, đặc điểm và mục đích riêng trong mạch điện. Điốt -- yếu tố điện tử, có độ dẫn điện khác nhau tùy theo chiều dòng điện. Điện cực diode nối vào cực dương của nguồn dòng khi diode mở (tức là có điện trở thấp) được gọi là cực dương, nối với cực âm - cực âm.

Điốt xung hoạt động ở chế độ chìa khóa điện tử. Thời lượng xung có thể rất ngắn, do đó diode phải chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác rất nhanh. Thông số chính đặc trưng cho hiệu suất của điốt xung là thời gian phục hồi của điện trở ngược. Để giảm thiểu điều này, các biện pháp đặc biệt được sử dụng để đẩy nhanh quá trình tái hấp thu các chất mang điện thiểu số trong đế. Các yêu cầu đối với điốt xung được đáp ứng tốt bởi điốt dựa trên hàng rào Schottky, có quán tính rất thấp do không có sự phun vào và tích tụ các hạt mang điện thiểu số trong đế.

Diode tần số cao được sử dụng để chuyển đổi tuyến tính hoặc phi tuyến tính của tín hiệu tần số cao lên đến 600 MHz. (Điốt vi sóng - lên đến 12 GHz.) Nó được sử dụng trong các mạch dò - đây là những bộ chỉnh lưu tín hiệu tần số cao.

Điện dung rào cản Sat [µF]

f nô lệ [MHz]

Điốt nhập khẩu hiện đại sử dụng đặc tính như “Thời gian phục hồi”. Trong điốt cực nhanh, nó đạt giá trị 100 ns.

Thư mục

1. Alferov Zh. I. // Vật lý và công nghệ chất bán dẫn. 1998. T.32. Số 1. P.3-18.

2. Berg A., Dean P. LED / Bản dịch. từ tiếng Anh sửa bởi A.E. Yunovich. M., 1979.

3. Điốt phát sáng Kogan L. M. Bán dẫn. M., 1983.

4. Losev O. V. Nguồn gốc của công nghệ bán dẫn: Các tác phẩm chọn lọc. L., 1972.

Đăng trên Allbest.ru

Tài liệu tương tự

    Khái niệm về diode bán dẫn. Đặc tính dòng điện-điện áp của điốt. Tính toán mạch thiết bị đo. Các thông số của điốt được sử dụng. Các thông số cơ bản, cấu trúc và thiết kế của điốt bán dẫn. Thiết kế điốt hợp kim và điểm.

    bài tập khóa học, được thêm vào ngày 04/05/2011

    Khái niệm điốt như thiết bị điện chân không (bán dẫn). Thiết kế của một diode, các tính chất chính của nó. Tiêu chí phân loại điốt và đặc điểm của chúng. Duy trì cực tính chính xác khi kết nối diode với mạch điện. Đánh dấu điốt.

    trình bày, được thêm vào ngày 05/10/2015

    Điện áp và điện trở của diode. Nghiên cứu đặc tính dòng điện-điện áp của diode bán dẫn. Phân tích điện trở diode. Đo điện áp và tính toán dòng điện qua diode. Đặc tính tải của bộ ổn định tham số.

    công việc thực tế, bổ sung 31/10/2011

    Nghiên cứu đặc tính dòng điện - điện áp của điốt, lấy đặc tính ở các giá trị điện áp khác nhau. Xấp xỉ đồ thị đặc tính dòng điện-điện áp của điốt, hàm số bậc một và bậc hai, số mũ. Nguồn chương trình và dữ liệu thu được.

    công việc trong phòng thí nghiệm, thêm 24/07/2012

    Cơ chế hoạt động của diode bán dẫn là phi tuyến thiết bị điện tử với hai đầu ra. Hoạt động của diode zener là một diode bán dẫn, đặc tính dòng điện-điện áp của nó có vùng mà dòng điện phụ thuộc vào điện áp ở phần ngược của nó.

    trình bày, thêm vào ngày 13/12/2011

    Xác định giá trị dòng điện ngược của cấu trúc diode. Tính toán các đặc tính dòng điện-điện áp của các chuyển tiếp lý tưởng và thực tế. Sự phụ thuộc của điện trở vi sai, điện dung rào cản và điện dung khuếch tán, độ dày lớp suy giảm vào điện áp diode.

    bài tập khóa học, được thêm vào ngày 28/02/2016

    Tính toán điện áp tại điểm nối cho kết nối trực tiếp tại một điểm nhất định dòng điện một chiều. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện áp chuyển tiếp. Điện trở điốt DC. Đặc tính volt-ampe của diode. Các thông số của bộ ổn áp dựa trên diode zener.

    kiểm tra, thêm 14/01/2014

    Lập luận và biện minh sơ đồ mạch điệnđo đặc tính dòng điện-điện áp Thiết bị bán dẫn. Xác định danh mục dụng cụ, thiết bị đo cần thiết, lắp ráp bố trí thí nghiệm. Xây dựng đồ thị phụ thuộc

    bài tập khóa học, được thêm vào ngày 19/11/2015

    Phân loại điốt theo công nghệ chế tạo: phẳng, điểm, vi hợp kim, trung gian khuếch tán, epiticular-phẳng. Các loại điốt theo mục đích chức năng. Các thông số cơ bản, mạch chuyển mạch và đặc tính dòng điện-điện áp.

    bài tập khóa học, được thêm vào ngày 22/01/2015

    Các thông số, tính chất, đặc tính của điốt bán dẫn, thyristor và tranzito, điốt chỉnh lưu. Hoạt động khuếch đại, thiết bị xung. Thực hiện hệ thống hoàn chỉnh hàm logic sử dụng chip logic phổ quát.