sciaga elektra laborki

1)Złącze p-n – dioda.

Złącze p-n, jest to struktura półprzewodnika monokrystalicznego utworzonego przez dwie

graniczące ze sobą warstwy typu p i typu n. Wskutek ich „połączenia” zachodzi dyfuzyjny

przepływu nośników prądu wywołanego gradientami koncentracji w obszarze granicznym warstw.Po obu stronach złącza tworzą się nieskompensowane ładunki nieruchomych centrów donorowych i akceptorowych. Powstaje warstwa dipolowa ładunku, wytwarzająca pole elektryczne przeciwdziałające dalszej dyfuzji nośników większościowych. Nazywamy ją warstwą zaporową lub warstwą zubożoną, a napięcie wytworzone w obszarze granicznym złącza nosi nazwę bariery potencjału lub napięcia dyfuzyjnego. Napięcie dyfuzyjne powoduje unoszenie elektronów i dziur w kierunkach przeciwnych do ich dyfuzji. W ten sposób powstają dwa strumienie prądu unoszenia nośników mniejszościowych Jpu, Jnu, skierowane przeciwnie do dwu strumieni prądu dyfuzji Jpd, Jnd, nośników większościowych.

1) Polaryzacja w kierunku zaporowym– polaryzacja zewnętrzna zgodna z

biegunowością napięcia dyfuzyjnego – bariera potencjału zwiększa się o wartość napięcia

zewnętrznego. Większej wartości bariery potencjału odpowiada większa wartość ładunku

przestrzennego, wzrasta szerokość warstwy zaporowej. Maleje prawdopodobieństwo przejścia

nośników większościowych, maleją składowe dyfuzyjne prądów elektronów i dziur. Nie zmieniają się składowe prądu unoszenia nośników mniejszościowych. W kierunku zaporowym płynie przez złącze niewielki prąd nasycenia.

2) Polaryzacja w kierunku przewodzenia– polaryzacja zewnętrzna przeciwna w

stosunku do biegunowości napięcia dyfuzyjnego – bariera potencjału maleje. Mniejsza wartość bariery potencjału to mniejsza wartość ładunku przestrzennego. Rośnie wtedy prawdopodobieństwo przejścia nośników większościowych ponad barierą i wzrastają składowe prądów dyfuzji. Składowe prądu unoszenia nośników mniejszościowych pozostają na niezmienionym poziomie. Prąd dyfuzji nośników większościowych zdecydowanie przeważa nad prądem unoszenia nośników mniejszościowych i przez diodę może przepływać duży prąd ograniczony właściwościami

2)Diody prostownicze.

Diody te przeznaczone są do „prostowania” prądu przemiennego. Bardzo często jest to

prostowanie prądu o częstotliwości 50Hz z sieci energetycznej. W tym przypadku stosowane sądiody krzemowe o dużych powierzchniach złącza. Pozwala to na przepływ prądów o znacznych wartościach (1A−100A). Efekty wynikające z istnienia pojemności wewnętrznych (nawet przy zastosowaniach w przetwornicach napięcia pozwalających na uzyskiwanie podwyższonych napięć stałych pracujących przy częstotliwościach rzędu kilku kHz ) są pomijalne.

3. Diody Schottky’ego.

Diody Schottky’ego są to diody o złączu metal-półprzewodnik, na których powstaje także

potencjał dyfuzyjny na skutek różnych wartości pracy wyjścia elektronów z półprzewodnika i

metalu. Warstwę zaporową odkrył w 1874 roku F. Braun, a teoretyczne podstawy zjawisk

zachodzących w złączu podał w 1939 roku Schottky. Dioda tego typu nie wykazuje efektu

bezwładnościowego przy przełączeniu w kierunku przewodzenia na kierunek zaporowy. Dlatego nadaje się jako prostownik w zakresie najwyższych częstotliwości. Złącze metal-przewodnik bez warstwy zaporowej otrzymuje się tylko dla ściśle określonych kombinacji materiałów. Diody Schottky’ego znalazły zastosowanie w szybkich układach przełączających i jako prostowniki w zakresie mikrofalowym. W porównaniu z diodą warstwową dioda Schottky’ego ma dwie ważne zalety: znacznie mniejsze napięcie progowe (około 0,35 V) i zdecydowanie krótszy czas wyłączenia (około 10 ns).

4. Diody LED (Light Emitting Diode).

W przypadku diod LED większościowe nośniki prądu wstrzykiwane przez złącze p-n do

obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa stają się nośnikami mniejszościowymi i rekombinują po czasie zwanym średnim czasem życia tych nośników (po 5 ich koncentracja zmniejsza się do 1% wartości początkowej). Procesowi rekombinacji towarzyszy uwalnianie energii o wartości zależnej od szerokości pasma zabronionego.

5. Przebicie złącza p-n.

Przebicie złącza p-n objawia się gwałtownym wzrostem prądu przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym

napięciem większym niż pewna charakterystyczna dla danego złącza wartość, nazywana napięciem przebicia. Istnieją dwie przyczyny tego zjawiska:

a) przebicie Zenera – zachodzi w złączach silnie domieszkowanych (koncentracje domieszek >1019/cm–3). Złącze ma małą szerokość, poziom Fermiego leży powyżej EC lub poniżej EV – pasmo walencyjne po stronie p+ oraz pasmo przewodnictwa po stronie n+ znajdują się częściowo "naprzeciwko siebie". Płynie prąd tunelowania nośników lub prąd Zenera, elektron przy przejściu tunelowym nie zmienia energii. W stanie równowagi sumaryczny prąd płynący przez złącze p+ – n+ powinien być równy zeru. Pojawia się druga składowa prądu – tzw. prąd Esakiego IE. Przy polaryzacji w kierunku zaporowym przeważa składowa Zenera. Dla zjawiska Zenera charakterystyczna jest mała wartość napięcia przebicia, UpZ < 4Eg/q, w przypadku złącza krzemowego oznacza to UpZ < 5V.

b) Przebicie lawinowe – polega na jonizacji atomów w sieci krystalicznej wskutek dostarczenia energii przez swobodny nośnik ładunku, rozpędzony w silnym polu elektrycznym. Jeżeli szerokość warstwy zaporowej jest znacznie większa niż średnia droga swobodna, to można mówić o lawinowym powielaniu liczby nośników.

6. Dioda w układzie stabilizacji napięcia

Do najważniejszych parametrów charakterystycznych diod stabilizacyjnych zalicza się:

– prądy i napięcia w kierunku przewodzenia i zaporowym przed przebiciem – jak dla diody prostowniczej,

– napięcie stabilizacji UZ zwykle przy I=0.1IZmax i rozrzut jego wartości dla określonego typu diody,

– temperaturowy współczynnik zmian napięcia stabilizacji  (bezwzględny, wyrażony w 1/oC lub %/oC),

– parametr dynamiczny – rezystancja dynamiczna w zakresie zaporowym, rZ = UZ/IZ (przyrostowo),

– prąd wsteczny IR przy określonym napięciu wstecznym UR (zwykle przy UR = 1V).

Najważniejsze parametry dopuszczalne to:

– maksymalny prąd przewodzenia IFmax (w stab. dużej mocy dopuszczalny szczytowy prąd przewodzenia IFMmax),

– maksymalny dopuszczalny prąd stabilizacji najczęściej wyznaczany z zależności: IZmax = PTOT/UZ,

– maksymalna temperatura złącza TJmax (zwykle 150oC),

– maksymalna moc strat Pmax podawana dla Ta= 25oC.

6.1. Stabilizator parametryczny

Poprawę jakości działania prostownika uzyskuje się w układzie, w którym równolegle do obciążenia dołącza się

diodę stabilizacyjną. Zmiany napięcia wyjściowego pod wpływem zmian prądu obciążenia będą tym mniejsze im bardziej stromo przebiega jej charakterystyka, czyli im mniejszy jest stosunek U/I. Definiuje on rezystancję dynamiczną diody: rZ = UZ/IZ. Podstawowym zadaniem każdego stabilizatora jest uniezależnienie napięcia na obciążeniu od zmian napięcia wejściowego oraz zmian rezystancji obciążenia RL. Zmiany RL powodują zmiany prądu obciążenia, a te z kolei wywołują określone spadki napięcia na R1 oraz na rezystancji prostownika.

6.2. Temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji

Cenną właściwością diod o UZ = 5 – 7V jest zerowy dryft napięcia stabilizacji pod wpływem temperatury.

Wynika to ze współistnienia mechanizmu przewodnictwa Zenera i lawinowego. Stabilizatory skompensowane posiadają we wspólnej obudowie diodę o napięciu UZ > 6V (gdzie dominującą rolę odgrywa przebicie lawinowe), połączoną szeregowo ze złączem pracującym w kierunku przewodzenia. Dodatni

współczynnik  diody o przebiciu lawinowym kompensowany jest przez ujemny dryft temperaturowy diody pracującej w kierunku przewodzenia (ok. –2mV/oC). W ten sposób można uzyskiwać diody o  < 10–5/oC, przy napięciach stabilizacji powyżej 6,2V