Эрл Гейтс - Введение в электронику

При комнатной температуре обратный ток мал. При повышении температуры обратный ток увеличивается, нарушая работу диода. В германиевых диодах обратный ток выше, чем в кремниевых диодах, удваивается при повышении температуры приблизительно на 10 градусов Цельсия.

Схематическое обозначение диода показано на рис. 20-5.

Рис. 20-5. Схематическое обозначение диода.

P -часть представлена стрелкой, а n -часть — чертой. Прямой ток [2] Напомним, что речь идет о токе электронов, направление которого противоположно принятому направлению тока ( прим. ред .). течет от части n к части р (против стрелки).

Часть n называется катодом , а часть р — анодом . Катод поставляет, а анод собирает электроны.

На рис. 20-6 показано включение диода, смещенного в прямом направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к катоду. Положительный вывод подсоединен к аноду. Это позволяет току течь в прямом направлении. Резистор ( R s) включен последовательно с диодом для ограничения прямого тока до безопасного значения.

Рис. 20-6. Цепь с диодом, смещенным в прямом направлении.

На рис. 20-7 показано включение диода, смещенного в обратном направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к аноду. Положительный вывод подсоединен к катоду. Через диод, смещенный в обратном направлении течет малый обратный ток ( I R).

Рис. 20-7. Цепь с диодом, смещенным в обратном направлении.

20-3. Вопросы

1. Какие проблемы может создать обратный ток в германиевом или кремниевом диоде?

2. Нарисуйте схематическое обозначение диода и обозначьте выводы.

3. Нарисуйте цепь с диодом, смещенным в прямом направлении.

4. Нарисуйте цепь с диодом, смещенным в обратном направлении.

5. Почему в цепь с диодом, смещенным в прямом направлении, должен быть включен резистор?

Р-n переход диода может быть одного из трех типов: выращенный переход, вплавленный переход или диффузионный переход. Методы изготовления каждого из этих переходов различны.

Метод выращивания перехода (наиболее ранний) состоит в следующем: чистый полупроводниковый материал и примеси р -типа помещаются в кварцевый контейнер и нагреваются до тех пор, пока они не расплавятся. Малый полупроводниковый кристалл, называемый затравкой, помещается в расплавленную смесь. Затравочный кристалл медленно вращается и достаточно медленно вытягивается из расплава, чтобы на нем успел нарасти слой расплавленной смеси. Расплавленная смесь, нарастая на затравочный кристалл, охлаждается и затвердевает. Она имеет такую же кристаллическую структуру, как и затравка. После вытягивания затравка оказывается попеременно легированной примесями n - и р - типов. Легирование — это процесс добавления примесей в чистые полупроводниковые кристаллы для увеличения количества свободных электронов или дырок. Это создает в выращенном кристалле слои n- и р -типов. Таким образом, выращенный кристалл состоит из многих р-n слоев.

Метод создания вплавленного р-n перехода предельно прост. Маленькая гранула трехвалентного материала, такого как индий, размещается на кристалле полупроводника n -типа. Гранула и кристалл нагреваются до тех пор, пока гранула не расплавится сама и частично не расплавит полупроводниковый кристалл. На участке соединения двух материалов образуется материал р -типа. После охлаждения материал перекристаллизовывается и образуется твердый р-n переход.

Диффузионный метод получения р-n перехода наиболее широко используется в настоящее время. Маска с прорезями размещается над тонким срезом полупроводника р -и n -типа, который называется подложкой. После этого подложка помещается в печь и подвергается контакту с примесями, находящимися в газообразном состоянии. При высокой температуре атомы примеси проникают или диффундируют через поверхность подложки. Глубина проникновения контролируется длительностью экспозиции и величиной температуры.

После того, как р-n переход создан, диод должен быть помещен в корпус для того, чтобы защитить его от влияния окружающей среды и механических повреждений. Корпус должен также обеспечить возможность соединения диода с цепью. Вид корпуса определяется назначением или способом применения диода (рис. 20-8).

Рис. 20-8. Наиболее часто встречающиеся корпуса диодов.

Если через диод должен протекать большой ток, корпус должен быть рассчитан таким образом, чтобы уберечь р-n переход от перегрева. На рис. 20-9 показаны корпуса диодов, рассчитанных на ток до 3 ампер или менее. Для идентификации катода с его стороны на корпус нанесена белая или серебристая полоска.

Рис. 20 9. Корпус для диода, рассчитанного на ток; менее 3 Ампер.

20-4. Вопросы

1. Опишите три метода производства диодов.

2. Какой метод производства диодов предпочтительней других?

3. Нарисуйте четыре распространенных корпуса диодов.

4. Как идентифицируется катод на корпусе диода, рассчитанного на ток менее 3 ампер?

Диод можно проверить путем измерения с помощью омметра отношения прямого и обратного сопротивлений. Это отношение показывает способность диода пропускать ток в одном направлении и не пропускать ток в другом направлении.

Германиевый диод имеет низкое прямое сопротивление, порядка сотни ом. Обратное его сопротивление высокое, больше 100000 ом. Прямое и обратное сопротивления кремниевых диодов выше, чем у германиевых. Проверка диода с помощью омметра должна показать низкое прямое сопротивление и высокое обратное сопротивление.

Предостережение: некоторые омметры используют высоковольтные батареи, которые могут разрушить р-n переход.

Полярность выводов омметра определяется цветом соединительных проводов: белый является положительным, а черный — отрицательным. Если положительный вывод омметра соединен с анодом диода, а отрицательный вывод с катодом, то диод смещен в прямом направлении, в этом случае через диод должен протекать ток, и омметр должен показать низкое сопротивление. Если выводы омметра поменять местами, то диод будет смещен в обратном направлении, через него должен протекать маленький ток, и омметр должен показать высокое сопротивление.

Если сопротивление диода низкое в прямом и в обратном направлениях, то он, вероятно, закорочен. Если диод имеет высокое сопротивление и в прямом, и в обратном направлениях, то в нем, вероятно, разорвана цепь. Точная проверка диода может быть проведена с помощью большинства омметров.