Diode semiconductoare

Diode semiconductoare

Sunt alcatuite dintr-o jonctiune PN la care s-au atasat 2 contacte. Din motive de protectie fata de mediul exterior, jonctiunea este introdusa intr-o capsula metalica (din sticla sau plastic). Regiunea P se numeste anodul diodei iar regiunea N catodul diodei.

Fig.4.6. Simbolul unei diode semiconductoare

Comportarea jonctiunii pn polarizate poate fi descrisa matematic printr-o relatie I_D=f(U_D), care aproximeaza destul de bine functionarea ei atat in polarizare directa dar si inversa.

(4.2)

Regimul ales pentru polarizarea diodei este cel continuu (sau cu variatii lente ale tensiunii U_D). In relatia de mai sus numita “ecuatia diodei ideale” semnificatia termenilor este urmatoarea:

I_D – curentul prin dioda

U_D – tensiunea anod-catod la borne

I_S – curent de saturatie sau “curent invers”

U_T=KT/q – “tensiunea termica”

K- constanta lui Boltzman

T – temperatura jonctiunii in ^oK

q – sarcina electronului       

In zona de polarizare directa curentul creste rapid cu cresterea tensiunii U_D. In aceasta zona relatia se poate aproxima in felul urmator:

pentru U_D>>0 (4.3)

Caracteritica diodei ideale este puternic dependenta de temperatura. Dependenta de temperatura a curentului de saturatie este data de relatia:

(4.4)

Relatia de mai sus arata ca pentru o jonctiune de germaniu I_S se dubleaza fata de valoarea sa la temperatura de 25^oC pentru fiecare crestere cu 10^oC. La siliciu I_S se dubleaza pentru fiecare 6,5^oC. Se poate observa ca pentru aceeasi valoare a curentului I_D, caderea de tensiune se reduce odata cu cresterea temperaturii. Se defineste astfel:

cand I_D=ct (4.5)

K_U se numeste coeficient de temperatura la polarizare directa, care pentru germaniu este K_U= -2,2mV/^oC iar pentru siliciu K_U= -1,8mV/^oC.

Daca aplicam diodei, o tensiune continua U_D cu plusul pe anod si minusul pe catod, dupa depasirea unei anumite valori U_D0 (tensiune de prag), dioda incepe sa se deschida si prin ea va circula un curent I_d (curent direct), curent care creste parabolic cu cresterea tensiunii U_D. Aplicand o tensiune continua cu minusul pe anod si cu plusul pe catod, dioda este blocata sau este polarizata inversa, curentul prin dioda avand o valoare mica. Daca tensiunea inversa depaseste o anumita valoare U_str, numita tensiune de strapungere, curentul prin dioda creste brusc ducand la distrugerea diodei prin efect termic.

Fig.4.7. Caracteristica curent – tensiune a unei diode semiconductoare: ideale (a); reale (b)

Forma caracteristicii reale determinata prin masurari experimentale difera de cea ideala. La polarizarea directa dioda incepe sa conduca numai de la o anumita tensiune U_D0 numita tensiune de deschidere. Valoarea tensiunii de deschidere este diferita pentru diferite materiale de semiconductor. Astfel la siliciu U_D0=0,55V iar la germaniu U_D0=0,2V- 0,3V. La polarizarea inversa prin dioda trece un curent de valoare extrem de mica (I_S de ordinul mA pentru germaniu si de ordinul nA pentru siliciu).

Aplicatia 4.1.

Consideram circuitul din Fig.4.8, alcatuit dintr-o dioda cu catodul la masa si anodul legat printr-o rezistenta de 1k la o sursa de tensiune continua de 10V. Sa se determine curentul prin dioda, daca tensiunea pe aceasta este U_D=0,62V (masurata in punctul B).

Dupa utilizarea lor practica diodele semiconductoare se impart in mai multe categorii: diode redresoare, diode stabilizatoare (Zener), diode electroluminiscente (LED), diode de comutatie, fotodiode, e.t.c.