Diode Semiconductoare

Diode semiconductoare

I. GENERALITĂŢI

1. Istoric

Dioda a constituit primul dispozitiv electronic, care a revoluţionat ştiinţa şi tehnica în anul 1904 când a fost realizată pentru prima oară în laborator de către I.A. Fleming, sub forma unui tub de sticlă vidat care conţinea doi electrozi, anodul şi catodul şi efectua funcţia de detecţie.

Aplicând între anod şi catod tensiune pozitivă, electronii se deplasează de la catod la anod, făcând să circule prin diodă un curent electric; schimbând polaritatea tensiunii aplicate, curentul încetează de a mai exista deoarece între anod şi catod se creează un câmp electric care frânează electronii în mişcare obligându-i să se întoarcă spre catod.

Rezultă, aşadar, că dioda se comportă ca un element conducător de curent electric atunci când între anod şi catod se aplică o tensiune pozitivă, ca un element ce întrerupe un circuit electric, dacă tensiunea este negativă.

Simbolic cele două situaţii le putem asemăna cu un comutator închis sau cu un comutator deschis situat între anod şi catod.

După 1948, dispozitivele electronice au început să fie realizate prin cristale semiconductoare din siliciu şi germaniu care au proprietăţi determinate de forţele care acţionează între electroni şi nucleele atomice.

2. Definiţie

O joncţiune p-n prevăzută cu contacte metalice ataşate la cele două regiuni şi introdusă într-o capsulă din sticlă, metal sau material plastic, pentru a o proteja de mediul exterior se numeşte diodă semiconductoare.

Dioda este un dispozitiv electronic care prezintă conducţie electrică unilaterală.

3. Schema echivalentă a diodei

Schema echivalentă de semnal mic a unei diode pn cu joncţiuni (fig. 1.1) este formată din conductanţa G, capacitatea de barieră CB şi capacitatea de difuzie sau de stocare CD:

CD = (1.1)

unde VT = , τ este timpul de viaţă al purtătorilor minoritari în bază, I este curentul prin dispozitiv în conducţie directă.

Fig. 1.1 Schema echivalentă de semnal mic a unei diode cu joncţiune pn

La polarizarea inversă, G are o valoare extrem de redusă (G = ), iar capacitatea CD poate fi neglijată în comparaţie cu CB.

La polarizarea directă, deci la o valoare relativ mare a curentului I prin dispozitiv, capacitatea CD este, de regulă, mult mai mare decât CB. Conductanţa G este în acest caz G = Constanta de timp τ a diodei este:

4. Clasificarea diodelor semiconductoare

Clasificarea diodelor semiconductoare se poate face după tehnologia de fabricaţie şi după domeniul de aplicaţie.

În tabelul 1.1 (vezi anexa nr.1) se prezintă clasificarea diodelor semiconductoare după procesul tehnologic de realizare.

În tabelul 1.2 (vezi anexa nr.2) se propune o clasificare a diodelor semiconductoare după funcţiile pe care acestea le îndeplinesc în circuitele electronice.

5. Caracteristici principale ale diodelor semiconductoare

Caracteristica directă. Curentul este egal cu zero, până la o anumită valoare numită tensiune de prag, de la care creşte rapid cu creşterea tensiunii U; valori tipice pentru tensiunea de prag sunt cuprinse între limitele 0,2 – 0,3 V pentru diode cu germaniu şi 0,6 – 0,7 pentru diode cu siliciu.

Caracteristica inversă. La polarizare inversă, diodele semiconductoare sunt parcurse de curenţi foarte mici (de ordinul microamperilor sau nanoamperilor). La creşterea tensiunii inverse aplicate diodei; peste această valoare, chiar la variaţii mici ale tensiunii inverse aplicate diodei, curentul (invers) creşte rapid. Dacă această creştere a curentului invers nu este evitată sau limitată, dioda se poate distruge. Tensiunea la care apare acest fenomen se numeşte tensiune de străpungere. Caracteristica inversă a diodelor semiconductoare este puternic dependentă de temperatură.

Puterea de disipaţie maximă. La utilizarea diodelor semiconductoare este necesar să se ţină seama de două limitări importante: curentul direct maxim şi tensiunea inversă maximă; depăşirea acestor mărimi poate produce distrugerea diodei.

Puterea maximă de disipaţie Pdmax este determinată prin produsul:

relaţie care este reprezentată grafic în figura 1.2 unde limitele de funcţionare fără pericol ale unei diode semiconductoare sunt haşurate. În relaţia de mai sus i şi u reprezintă curentul care trece prin diodă respectiv tensiunea la bornele ei la un moment dat în planul i-u.