Полупроводниковые диоды

§ 153. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

В технике применяют кремниевые, селеновые, германиевые и другие полупроводниковые диоды.

Селеновый диод представляет собой стальную, алюминиевую или никелированную шайбу, покрытую слоем селена, обладающего  дырочной р-проводимостью.

Селен, применяемый при производстве диодов, по своим хими­ческим свойствам близок к сере. Он имеет свинцово-серый цвет  и кристаллическое строение.

На слой селена наносят в расплав­ленном состоянии сплав олова с кад­мием. При этом вследствие проникновения (диффузии) атомов кадмия в селен на поверхности последнего созда­ется слой селенистого кадмия, имею­щего электронную n-проводимость. Ме­жду селеном и селенистым кадмием образуется р — n-переход.

Селеновый диод оказывает малое сопротивление току, идущему от селена к сплаву. В обратном направлении, от сплава к селену, диод имеет большое сопротивление.

На рис. 212 приведен график зави­симости сопротивления селенового диода от приложенного напряжения при прямом и обратном направлениях тока. При напряжении 3 в прямое сопротив­ление селенового диода мало, с уменьшением напряжения оно возрастает. При изменении знака прило­женного напряжения сопротивление диода достигает наибольшего значения. Предельное обратное напряжение, которое можно пода­вать на один элемент селенового диода, равно 20 в.

Величина предельно допустимой плотности тока для селеновых диодов составляет 70 ма на 1 ем² рабочей поверхности, т. е. поверх­ности селенового слоя. Если величина выпрямляемого тока превы­шает допустимое для одного элемента значение, то шайбы соеди­няют параллельно, так как при этом возрастает их рабочая поверх­ность.

Ввиду того что на один выпрямительный элемент (шайбу) допу­скается подавать напряжение до 20 в, для выпрямления большого напряжения отдельные шайбы соединяют последовательно. Напри­мер, при последовательном соединении двух элементов на них мож­но подать напряжение U=20x2 = 40 в, трех элементов — U=20x3 = = 60 в и т. д. Последовательное соединение шайб в столбики дости­гается путем плотного соприкосновения тыловой части одной шай­бы с рабочей поверхностью следующей шайбы и т. д.

Срок службы селеновых диодов 20—30 тыс. ч. Допустимый на­грев их 4-70° С.

Полупроводниковые диоды необходимо содержать в чистоте, предупреждать  возможность  их  перегрева.   Пропускать  по  цепи диода силу тока, большую чем та, на которую он рассчитан, не рекомендуется.

Германиевые диоды изготовляют двух видов: точечные и пло­скостные.

Точечный контактный германиевый диод (рис. 213, а) состоит из керамического цилиндра 2, металлических контактодержателей 1, контактной пружины 6, кристаллодержателя 4, кристал­ла германия 5 и выводных проводников 3. Кристалл имеет электронную проводи­мость, а под контактным острием в результате спе­циальной обработки создает­ся область с дырочной про­водимостью. В настоящее время эти диоды почти вы­теснены плоскостными.

На рис. 213, б показана одна из конструкций плоско­стного германиевого диода. Два латунных ниппеля с вин­товой нарезкой запрессовы­ваются в пластмассу. Перед запрессовкой на один из нип­пелей напаивают кристалл, а сквозь отверстие в другом ниппеле пропускают провод­ник 3, припаянный к элек­троду, изготовленному из ин­дия. Другой конец проводни­ка запаивают на конце нип­пеля.

Германиевые диоды типа Д7Ж, применяемые в выпря­мителях,   выдерживают   обратное напряжение 400 в и пригодны для выпрямления тока 300 ма. Диоды типа Д7А выдерживают обратное напряжение 50 б и пропу­скают выпрямленный ток 300 ма.

Германиевые диоды обладают большой механической прочно­стью и при равной с селеновыми диодами мощности имеют в сотни раз меньшие размеры.

Наша промышленность выпускает кремниевые диоды. Они отли­чаются от германиевых не только материалом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно: более высокой предель­ной рабочей температурой (для германиевых диодов 70° С, для кремниевых до 150°С); обратный ток в кремниевом диоде при нор­мальной температуре в тысячу раз меньше, чем в германиевом; более высоким пробивным напряжением  (достигает сотни вольт).

Маркировка полупроводниковых диодов состоит из двух эле­ментов: первым является буква Д (диод), вторым — число, указы­вающее на применяемый материал и конструкцию диода. Так, например, диоды означают: Д1 — Д100 — германиевые точечные, Д101 — Д200— кремниевые точечные, Д201—Д300 — германиевые плоскостные, Д301 —Д400 — кремниевые плоскостные.

Выпрямительные столбы имеют обозначение Д1001 и выше.