2 a főoldal

Ismertesse az egy n-p átmenetes félvezető eszközök felépítését és működését!
Csoportosítsa a félvezető diódákat rendeltetésük alapján!

Rajzolja le a karakterisztikákat és értelmezze a fontosabb jellemzőket!

A félvezető anyagok jellemzői:

A szennyezés szerepe:

A szennyezés alapján két nagy csoportra bonthatjuk a szennyezés fajtáit: Az egyik a p-típusú, a másik az n-típusú.

A p-típusú szennyezés: A félvezető anyagba (pl.: szilícium), mely 4 vegyérték elektronú (e^-), bevezérlünk egy 3 vegyérték e^--u atomot (pl.: bórt), ez lyukat eredményez. Energiaközlésnél a lyukakba vándorolnak a kötött e^--ok. A p-típusú szennyezés eredménye egy pozitív töltésű anyag.

Az n-típusú szennyezés: A félvezető anyagba (pl.: szilícium), mely 4 vegyérték e^-, bevezérlünk egy 5 vegyérték e^--u atomot (pl.: foszfort), így lyuk nélkül lesz egy mozgatható szabad e^-. Az n-típusú szennyezés eredménye egy negatív töltésű anyag.

A p-n átmenet tulajdonságai:

A p-n átmenet két különböző töltésű anyag (+,-; illetve lyuk és e^-) találkozását jelenti, melyek szobahőmérsékleten ionizálódnak: a donor atomból leszakad egy e^-, ezért pozitív töltésű lesz, míg az aceptor befogad egy e^--t, így ő negatív töltésű lesz.

Áram közlésével kényszeríthetjük az n-p átmenetet ionizációra.

A pozitív és negatív rétegek rögtön semlegesítik magukat egy vékony határon (kiürített rétegnek nevezzük).

A rétegdióda felépítése, karakterisztikájának felvétele:

A dióda olyan félvezető eszköz, mely egy p-n átmenetet, 2 kivezetéssel rendelkezik és tokozzák.

Karakterisztikája:

- Letörési tartomány (1): Kis feszültség változás hatására nagy áram változás történik, ez könnyen tönkre teheti a diódát, védekezni kell ellene.

- Zárási tartomány (2): Ezen a szakaszon csak a visszáram (a kissebségi áram) folyik a diódán, ez nagyon kicsi érték, (Si dióda esetén nano amperes). A dióda itt szakadásként viselkedik.

- Nyitó irányú tartomány (3): A feszültség növekedésével az áram exponenciálisan nő, az ellenállás egyre kisebb lesz.

- Nyitó irányú tartomány lineáris szakasza (4): A dióda kis feszültség változás hatására nagy áram változás lép fel. Az itt lévő dióda kis értékű ellenállásként működik.

Munkapont (MP): Összetartozó feszültség és áram értékek.

Szerkezete és áramköri jele:

A rétegdióda jellemző felhasználása:

Két féleképpen lehet bekötni: nyitó (Nagyon kicsi ellenállást képvisel, tehát az áramot átengedi. Pozitívból a negatív irányba feszítjük elő.) és a záró (Nagyon nagy ellenállással bír, tehát az áramot nem engedi át. Negatívból a pozitív irányba feszítjük elő.).

A diódák katalógus adatai:

- Nyitó feszültség.

- Határ feszültség.

- Nyugalmi áram.

- Túl áram (I_Dmax).

- Hőmérséklet (tartomány).

- Dinamikus ellenállás.

- Határ frekvencia.

A félvezető diódák fajtái:

- Zéner dióda:

A záró irányú karakterisztikáját használjuk ki.

Ennek a diódának a hőmérséklet függése igen jelentős.

Felépítése: különösen szennyezett szilíciumdiódák, amelyek veszély nélkül üzemeltethetők a letörési tartományban is.

Működése:

- Nyitó irányban megegyezik a hagyományos Si diódákkal.

- Záró irányban a p-n átmenet szennyezésétől függő Zéner-feszültségig (U_ZK) nagy az ellenállása, majd az U_ZK elérésétől kis ellenállásúvá válik. A letörési tartományban a Zéner-hatás és a lavinahatás együttes következménye a p-n átmenet Zéner-áttörése.

Jelölése:

Karakterisztikája:

- A nyitó tartomány megegyezik a hagyományos Si diódáéval.

- A záró tartomány nagyon kis értékű zárási áram folyik, amely a diódának nagyon nagy táróirányú ellenállást biztosít (10 – 1000 MΩ).

- A könyöktartományban kezdődik meg a letörési jelenségek. Erősen szennyezett Si diódáknál a letörési feszültség 6V-nál kisebb.

- A letörési tartományban kis feszültség változás nagy áramváltozást eredményez. Ebben a tartományban érvényes rá a kis értékű differenciális ellenállás (r_z). r=_ΔU_m/_ΔI_m

Általában feszültség stabilizálásra és feszültség határolásra használják.

- Hőkompenzált zéner dióda:

A dióda feszültségének változása hőmérsékletváltozás lép fel (+, vagy –).

Működése: vele sorosan kötünk – és + irányba hőmérsékletfüggő diódákat.

- Tűs dióda:

Nagyon pici p-n átmenettel rendelkezik, ezt a wolframszál eredményezi.

Előállítása: az n típusú anyagra egy p típusú anyagot helyeznek el, ami csak egy pontban találkoznak.

Tulajdonságai:

- A tű keresztmetszete kicsi ezért kicsi lesz a p-n átmenet, így kicsi lesz a rétegkapacitása és nagy frekvenciás célokra alkalmas.

- Az aranytűs tűs dióda nagyobb frekvencia tartományban alkalmas.

Vázlatrajza:

- Kapacitás (varikap) dióda:

Működési elve: a dióda letörési tartománya a dióda párhuzamosan kapcsolt kapacitásként viselkedik. Az átmenet két oldalán található töltések között elemi kapacitások alakulnak ki. Ezeknek az eredője adja a kapacitást, ezt C_s kapacitásnak nevezzük. A kapacitás dióda záró feszültsége és tárórétege, kapacitása között a kapcsolat nem lineáris. A kapacitás dióda nyitó irányban előfeszítve hasonlóan, mint egy hagyományos dióda vezet, kicsi a kapacitása.

A kapacitás a fegyverzetek távolsága fordítottan arányos és a fegyverzetek feszültségével egyenesen arányos. ε₀^.ε_r^.A/d

Rajzjele:

- Alagút (tunnel) dióda:

A záró tartománya majdhogynem eltűnt, kis feszültségre nagy áram keletkezik.

A nyitó tartománya több, visszahajló tartományból áll. Egy visszahajló ága teljesítmény és feszültség pontok között tartózkodik, ahol az ellenállás értéke negatív, ez a differenciális ellenállása (Rb). Rb= _ΔU/_ΔI=(U_p-U_v)/(I_p-I_v)

Rajzjele:

Karakterisztikája:

Alkalmazzák a rezgő körök csillapításában, vagy nagy frekvenciájú eszközökben.

- Schottky dióda:

Alkalmazzák nagy frekvenciás áramkörökben, mert gyors a működési sebessége.

Rajzjele:

Szerkezeti vázlata:

- Fénykibocsátó (led) dióda:

Nyitó irányú előfeszítéskor az n-p átmenet rekombinálódik, ami következtében fényt bocsát ki. A kilépett fényhullám hossza – ami a fény színe is egyben – az anyag tiltott sávjának energiájával megegyező értékű.

Rajzjele: