Diody półprzewodnikowe Diodą półprzewodnikową nazywamy element wykonany z półprzewodnika, zawierające złacze p-n z dwiema końcówkami wyprowadzeń. Klasyfikacja diod ze względu na: a) materiał: krzemowe, germanowe, arsenek galu, b) konstrukcję: ostrzowe, warstwowe – stopowe, dyfuzyjne – mesa, planarne, epiplanarne, c) zastosowanie: prostownicze, uniwersalne, impulsowe, Zenera, pojemnościowe: warikapy, waraktory, tunelowe, detekcyjne, mieszające. Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia bądź prądu przemiennego o małej częstotliwości. Prostowanie jest to przetwarzanie prądu przemiennego (zmiennego) na prąd jednokierunkowy. Dioda prostownicza zaczyna przewodzić dopiero po przekroczeniu pewnej wartości napięcia w kierunku przewodzenia. Dla diod krzemowych wynosi ono około 0,7V, a dla germanowych około 0,3V. Diody prostownicze mają oznaczenie: diody wysokiego napięcia – BAYP50, BYP350, diody typowe – BYP401, BYP680, diody mocy – D00-100-10, D20- 300-10, diody szybkie mocy- DR12-10-01. Diody prostownicze mają małą rezystancję w kierunku przewodzenia (rzędu pojedynczych omów). Rys. 4.2.6. a) charakterystyka prądowo napięciowa diody prostowniczej, b) symbol diody, c) zastosowanie: jako prostownik 1-połówkowy [8] Parametry IF - prąd w kierunku przewodzenia, UF - napięcie w kierunku przewodzenia, IR - prąd w kierunku zaporowym, UR - napięcie w kierunku zaporowym. Parametry graniczne (dopuszczalne) diody prostowniczej: maksymalny prąd przewodzenia I0, maksymalne napięcie wsteczne URm, na przykład dla BYP401/50 oznacza, że: I0=1A URm =50V. Diody prostownicze, ze względu na moc dzielimy na: małej mocy – poniżej 1W, średniej mocy – 1-10W, dużej mocy – powyżej 10W. Diody stabilizacyjne (Zenera) są to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczenia napięć. Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu. UZ – napięcie stabilizacji IR – prąd wsteczny PZ – max moc diody Zenera Rys. 4.2.7. a) charakterystyka diody Zenera, b) symbol diody Zenera, c) zastosowanie – stabilizator parametryczny [8] Parametry diody Zenera: napięcia stabilizacji Uz [V], moc (maksymalna) diody Pz [W], na przykład dla diody BZP611C5V6: Uz=5,6V Pz=250mW. Napięcie wsteczne UZ, przy którym następuje gwałtowne zakrzywienie charakterystyki nazywa się napięciem Zenera. Wartość napięcia Uz zależy od rezystywności użytego krzemu i dla najczęściej spotykanych typów diod Zenera wynosi od kilku do kilkudziesięciu woltów. Rys. 4.2.8. Charakterystyka napięciowo-prądowa diody Zenera [8] Spadek napięcia na diodzie w obszarze przebicia, zwany napięciem stabilizacji, prawie nie zależy od prądu przepływającego przez diodę. Parametrem, który charakteryzuje zależność napięcia stabilizacji od prądu jest rezystancja dynamiczna rz, wyrażająca stosunek przyrostu napięcia stabilizacji Uz do przyrostu prądu Iz. U z I z Rezystancja dynamiczna diody Zenera w zakresie stabilizacji jest bardzo mała. W rozważaniach przybliżonych przyjmuje się, że napięcie stabilizacji jest stałe (niezależne od prądu) równe wartości napięcia Zenera Uz. Maksymalna wartość prądu Izmax, przy której dioda Zenera może pracować, jest ograniczona jej mocą dopuszczalną Ptot zgodnie z zależnością: P I z max tot Uz Po przekroczeniu mocy Ptot może nastąpić uszkodzenie diody na skutek termicznego przebicia złącza p-n. Diody Zenera znajdują szerokie zastosowanie w układach stabilizacyjnych, ograniczających napięcie itp. rz Tranzystory bipolarne są przyrządami półprzewodnikowymi o dwóch złączach p-n zbudowanym z trzech warstw półprzewodników domieszkowych wykazujących kolejno przewodnictwa typu p-n-p lub n-p-n. Są one uzyskane w monokrysztale półprzewodnika, najczęściej krzemu (rys. 4.3.1). Tranzystory należą do grupy elementów elektronicznych o regulowanym (sterowanym) przepływie nośników ładunku elektrycznego. Tranzystory ze względu na działanie dzielimy na: a) Bipolarne: tranzystory n - p - n, tranzystory p - n - p, b) polowe: złączowe, z izolowaną bramką. Rys. 4.3.1. Struktura polaryzacja elektrod i symbol graficzny tranzystora: typu p-n-p typu n-p-n [8] Układy pracy Układ włączenia WB – wspólna baza Układ włączenia WC – wspólny kolektor Układ włączenia WE – wspólny emiter Rys. 4.3.2. Układy pracy tranzystora bipolarnego [8] Parametry tranzystora 1. Wzmocnienie prądowe w układzie WE h21E , przy określonym prądzie kolektora i napięciu kolektor – emiter. h21e I C I B (4.3.1) U CE 0 Współczynnik jest bliski jedności, zatem >>1. Typowe wartości współczynnika zawierają się w granicach 20 ÷ 900. 2. Napięcie nasycenia UCEsat, przy określonym prądzie bazy Ib i prądzie kolektora IC. 3. Prąd zerowy Ico, przy określonym napięciu kolektor – baza UCB lub kolektor emiter UCE. 4. Częstotliwość graniczna fT. 5. Maksymalna moc wydzielana P. Klasyfikację tranzystorów bipolarnych najczęściej przeprowadza się ze względu na: a) wydzielaną moc: małej mocy do ok. 0,3 W, średniej mocy do 5W, dużej mocy powyżej 5W, nawet do 300W, b) maksymalną częstotliwość: małej częstotliwości (m. cz.) do kilkudziesięciu MHz, wielkiej częstotliwości (w. cz.) do kilku GHz. Ib1 >Ib2 Rys. 4.3.3. Przykładowe charakterystyki tranzystora w układzie WE [8]
