Дыёд

Дыёды

Дыёд — шырокі клас двухполюсных прылад, якія аб'ядноўвае прыкмета палярнасці электраправоднасці. Дзеянне цвёрдацельных дыёдаў заснавана на ўласцівасцях p-n пераходу ці пераходаў метал-паўправаднік (глядзі Бар'ер Шоткі). Дзеянне вакуумных дыёдаў (Кенатронаў, Лямпавых дыёдаў) заснавана на эфекце тэрмаэлектроннай эмісіі.

Класіфікацыя

Дыёд	Дыёд Зенера	Дыёд Шоткі	Тунэльны дыёд
Святлодыёд	Фотадыёд	Варыкап	Тырыстар

Пазначэнні некаторых дыёдаў на схемах

Па прызначэнню i прынцыпу дзеяння вылучаюць наступныя тыпы дыёдаў:

1. Высокачастотныя (імпульсныя) дыёды
2. Стабілізатары напружання (апорныя дыёды)
3. Варактары
4. Фотадыёды
5. Святлодыёды
6. Лавіна-пралётныя дыёды
7. Дыёды Гана (гл. Эфект Гана)
8. Дыёды Зенера (Стабiлiтроны)
9. Тунэльны Дыёд
10. Дыёды Шоткi (гл. Эфект Шоткі)
11. Тырыстары
12. Варыкапы

Па тэхналогіі вытворчасці вылучаюць:

1. Сплаўныя
2. Дыфузныя
3. Эпітаксіальныя
4. Кропкава-кантактныя

Прынцып дзеяння

Лямпавы дыёд

Прыкладны ВАХ электравакуумнага дыёда

Лямпавы дыёд уяўляе сабою два электроды (катод і анод), што змешчаны ў беспаветраным балоне. Катод падаграваецца з дапамогай электрычнай спіралі. Падагрэты катод выпраменьвае электроны, якія збіраюцца каля яго ў электроннае воблака. Калі дыёд падключаны да сілкавання, катод прагрэты да пэўнай тэмпературы і патэнцыял катоду меншы за патэнцыял аноду (з улікам знаку) то некаторыя электроны, што адарваліся ад катоду, пачынаюць рухацца насустрач аноду. Гэтая колькасць тым больш, чым больш убытак патэнцыялу анод-катод. Такім чынам за кошт выпраменьвання электронаў і ўзнікае электрычны ток.

Лямпавы дыёд на схемах

Калі ж патэнцыял катоду большы за патэнцыял аноду, электроны пакідаюць паверхню катоду, але пад уплывам электрастатычных сіл вяртаюцца назад. Але, калі катод добра прагрэты, нават у гэтым выпадку ток не заўсёды роўны нулю. Каб ніводны электрон не змог пакінуць паверхню, катод павінен мець патэнцыял большы на значэнне, якое называюць зачыняльнае напружанне.

Вольт-амперную характарыстыку лямпавага дыёду можна падзяліць на пяць частак:

1. Пры убытках патэнцыялу анод-катод, меншых за нуль, але большых за зачыняльнае напружанне ток павольна павялічваецца. Залежнасць экспанентная, але нярэдка ток на гэтым этапе не разглядаюць, бо ён вельмі малы.

2. Пры убытку патэнцыялу анод-катод большым за нуль вольт-амперная характарыстыка вакуумнага дыёду добра апісваецца законам Ленгмюра-Чайльда-Багуслаўскага (закон трох другіх):

$I=AU^{3 \over 2}$

3.Пры дасягненні току насычэння, прырост току запавольваецца.

Залежнасць току насычэння ад тэмпературы экспанентная і яе можна апісаць пры дапамозе закону Рычардсана-Дэшмана, што звязвае шчыльнасць току з рознасцю патэнцыялаў выхаду і тэмпературай:

$j=AT^{2}exp(-{e\phi \over kT})$

4.Пры далейшым павышэнні напружання пачынае унасіць уклад эфект Шоткі — памяншэнне працы выхаду цвердых цел (у тым ліку і металаў) з павышэннем тэмпературы. Гэты эфект даволі значны пры напружнасцях каля паверхні катода, большых за 10 кВ/см. Увогуле з-за эфекту Шоткі ток павольна павялічваецца пры павышэнні напружання.

5.Пры напружнасцях каля 10^5 В/см да эфекту Шоткі дадаецца аўтаэлектронная эмісія, што звязана з прасачэннем электронаў праз патэнцыяльны бар'ер на паверхні цела. Гэта павялічвае ток значна больш, чым эфект Шоткі.

Асноўны мінус вакуумнага дыёду ў тым, што яго трэба праграваць на працягу даволі вялікага адрэзку часу. У залежнасці ад канструкцыі катод можа мець прамы напал, ці падагравацца спіраллю. Калі катод мае прамы напал, падаграваючы ток цячэ па самому катоду (адпаведна дыёд мае на адзін вывад менш).

Паўправадніковы дыёд

Паўправадніковы дыёд у шкляным корпусе

Калі два рэгіёны паўправадніка з электроннай і з дзірачнай тыпамі электраправоднасці сумяшчаюцца, паміж імі за кошт дыфузіі ўзнікае патэнцыяльны бар'ер (яшчэ яго называюць пераход). У гэтым бар'еры вольныя электроны з p вобласці пранікаюць у n вобласць, запаўняючы дзіркі. Такім чынам у зоне бар'еру атрымліваецца крэмній без вольных электронаў і дзірак — даволі добры дыэлектрык.

Палярнасць гэтага бар'еру (знак рознасці патэнцыялаў) такая, каб перашкаджаць праходу праз яго асноўных носьбітаў зараду, і дапамагаць праходу неасноўных. Бар'ер мае нейкую шырыню — модуль рознасці патэнцыялаў паміж рэгіёнамі.

Калі да дыёду падключыць сілкаванне ў прамым напрамку (гэта значыць станоўчую клему да p-рэгіёну, адмоўную да n) то электроны пачынаюць рухацца ад адмоўнай клемы да пераходу, а дзіркі — ад станоўчай да пераходу. Гэта змяншае шырыню бар'еру і такім чынам праз дыёд можа працякаць ток, які можна скласці з сумы электроннага і дзірачнага токаў.

Калі дыёд падключаны ў адваротным напрамку, носьбіты зараду рухаюцца ад пераходу, павялічваючы яго шырыню. Гэты працэс працягваецца пакуль рознасць патэнцыялаў на бар'еры не скампенсуе сілкаванне ці пакуль дыёд не пачне руйнавацца.

Калі сілкаванне не падключана бар'ер усё роўна ёсць. Таму, калі напружанне на дыёдзе невялікае, велічыня яго змяняецца недастаткова для праходу зарадаў. Гавораць, што дыёд не адчыніўся. Каб адчыніць паўправадніковы дыёд трэба падключыць напружанне каля аднаго вольта.

Дыёд Шоткі

Дзеянне дыёда Шоткі заснавана на існаванні бар'ера Шоткі — рознасці патэнцыялаў на пераходзе метал—паўправаднік, роўнага рознасці іх работы выхаду. Бар'ер узнікае з-за нерухомага прасторавага зараду ў паўправадніку. У адрозненні ад паўправадніковых дыёдаў на p—n-пераходзе, дыёды Шоткі маюць значна меншае напружанне адкрыцця (да 0,1—0,2 В). Аднак дыёды Шоткі хутка і незваротна выходзяць з строю пры перавышэнні максімальнага адваротнага напружання.

Ужыванне дыёдаў

Выпрамляльнікі

Схема дыёднага моста

Дыёды, дзякуючы іх уласцівасці праводзіць ток толькі у адным напрамку, могуць быць выкарыстаны ў якасці выпрамляльнікаў. Такім чынам пры дапамозе электрычнай схемы дыёднага моста пераменны ток можа быць ператвораны ў імпульсны пастаянны. Потым, выкарыстоўваючы кандэнсатар, можна згладзіць пікі току.

Дэтэктары

Дыёды маюць нелінейную залежнасць току ад напружання. Гэтая іх уласцівасць ужываецца ў дыёдных дэтэктарах. Там дыёды разам з кандэнсатарамі вылучаюць з сігналу нізкачастотную мадуляцыю. Ужываецца частка ВАХ дыёда, блізкая да квадратычнай.

Літаратура

• А. М. Прохоров «Физическая Энциклопедия» Москва, 1988 (на рускай мове)
• Р. Маллер, Т. Кейминс «Элементы интегральных схем» Мир, 1989 ISBN 5-03-001100-5 (на рускай мове)