Диоды точечные: 16.3. Структура диодов. Точечные и плоскостные диоды

Точечный диод

05.12.2020

Точечный диод — полупроводниковый диод с очень малой площадью p-n перехода, который образуется в результате контакта тонкой металлической иглы с нанесенной на неё примесью и полупроводниковой пластинки с определенным типом проводимости. С целью стабилизации параметров и повышения надёжности точечные диоды могут проходить электроформовку, для этого при изготовлении через диод пропускается импульс тока в несколько ампер и острие иглы вплавляется в кристалл.

Благодаря малой площади p-n перехода, и как следствие маленькой ёмкости перехода, точечный диод обычно имеет предельную частоту около 300—600 МГц. При использовании более острой иглы без электроформовки получают точечные диоды с предельной частотой порядка десятков гигагерц. Недостатками точечного диода являются: большой разброс параметров, невысокая механическая прочность, невысокий максимальный ток и чувствительность к перегрузкам, обусловленные малой площадью p-n перехода, конструктивная невозможность микроминиатюризации.

Точечные диоды очень широко применялись в радиотехнике до конца XX века, В современной электронике точечные диоды не применяются, либо имеют ограниченное применение, в области СВЧ техники их вытесняют более технологичные диоды Шотки и pin-диоды выполненные по плоскостным технологиям.

История

Точечный диод был запатентован в 1906 г. Гринлифом Пиккардом как кристаллический детектор для радиосвязи. Первые точечные диоды были выполнены на природных кристаллах полупроводника и отличались нестабильными характеристиками. По мере освоения технологий и изучения физики полупроводников, стали использовать искусственно выращенные монокристаллы германия и кремния, а диоды стали выпускаться в виде компактных герметичных приборов. Значительный скачок технологий точечных диодов произошел во время Второй мировой войны, это было связано с бурным развитием радиолокации и СВЧ техники, где потребность в сверхвысокочастотных детекторных и смесительных приборах была очень высокой. Впоследствии, точечные диоды стали широко применяться в радиоприемниках и телевизорах, в импульсной и измерительной технике. С развитием микроэлектроники, в связи с низкой технологичностью и невозможностью миниатюризации, эра точечных диодов закончилась.

Применение

Первые точечные диоды стали широко применять с 1920-х годов в детекторных радиоприёмниках в качестве амплитудного детектора, они имели открытую конструкцию и оператор радиоприемника должен был при помощи специального держателя найти иглой «активную точку» на поверхности кристалла чтобы радиоприёмник заработал. В 1930-х годах было замечено уникальное свойство точечных диодов — их способность работать на очень высоких частотах, а развитие теории полупроводников позволило создать очищенные монокристаллы вещества и изготавливать диоды в герметичном корпусе с достаточно хорошей повторяемостью параметров. Подобные диоды применяют в радиолокационной технике в качестве детекторов и смесителей сигнала а также умножителей частоты. В послевоенное время был освоен массовый выпуск точечных германиевых диодов широкого применения которые устанавливались во все виды электронной техники, включая и первые ЭВМ. Типичными представителями этого класса приборов в СССР являлись диоды Д2 и Д9, их можно встретить почти в каждом транзисторном радиоприемнике того периода. В СВЧ технике обычно применяются точечные диоды в металлокерамических корпусах патронного типа, например ДК-В1 или ДГ-С1, которые выполняют как на кристаллах германия так и кремния. Особенностью СВЧ приборов этого класса является то, что размеры их p-n-переходов очень малы, это определяет низкие предельно допустимые параметры и сильную чувствительность к электрическим перегрузкам. Небольшой разряд статического электричества или прозвонка обычным тестером может ухудшить их параметры или полностью вывести из строя (при этом диодные свойства не всегда исчезают, а пропадает способность работать на высоких частотах или сильно возрастает уровень собственных шумов).

Интересные факты

• В 20-х годах XX века среди радиолюбителей было широко распространено конструирование детекторных радиоприёмников. При этом точечный диод изготавливался самостоятельно. Для этого нужно было заказать по почте полупроводниковый кристалл и заострённый электрод. Перемещая электрод по поверхности кристалла необходимо было найти оптимальную точку.

• По точечной технологии производились не только диоды но и транзисторы. Первый транзистор, изобретенный 23 декабря 1947 года был точечной конструкции, однако, век таких транзисторов был недолог так как они в ещё большей степени были подвержены тем же недостаткам что и точечные диоды, при этом их частотный диапазон был гораздо ниже и уже через 10 лет транзисторы стали производить по более совершенным сплавным и диффузным технологиям.

• Простейшим точечным диодом является конструкция из острия карандаша в соприкосновении с пластиной из нержавеющей стали (лезвие безопасной бритвы).

• Корейская федерация традиционного хапкидо
• Горная аптека
• Копловиц, Алисия
• Грачёвский сельсовет (Ставропольский край)
• Корец
• Булл, Кнуд
• Самарин, Николай Николаевич
• Операция (военное дело)
• Нейрон
• Новогодняя улица

Точечный полупроводниковый диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Конструкция точечного кремниевого диода. | Конструкция германиевого выпрямителя.  [1]

Точечный полупроводниковый диод представляет собой пластинку германия с электронной проводимостью; к ней приварен конец вольфрамовой пружинки.
 [2]

Точечные полупроводниковые диоды, предназначенные для работы в диапазоне СВЧ, имеют некоторые конструктивные особенности, сводящие до минимума паразитные индуктивность и проходную емкость.
 [4]

Точечные полупроводниковые диоды применяют в качестве детекторов, кольцевых модуляторов, преобразователей частоты, в счетных схемах, а также в схемах маломощных выпрямителей и измерительной аппаратуре.
 [5]

Устройство точечного. | Устройство плоскостного германиевого диода.  [6]

Основными параметрами точечных полупроводниковых диодов являются: наименьший прямой ток, наибольший обратный ток, выпрямленный ток, наибольшая амплитуда обратного напряжения и наименьшее обратное пробивное напряжение.
 [7]

Почему для детектирования применяются точечные полупроводниковые диоды.
 [8]

В качестве детектора применяется только точечный полупроводниковый диод, так как плоскостные диоды обладают значительной междуэлектродной емкостью и не могут нормально работать на высоких частотах.
 [9]

Для выпрямления слабых высокочастотных токов применяют точечные полупроводниковые диоды. Схематическое устройство точечного германиевого диода дано на рис. 17.6. Внутри керамической трубки / на металлических втулках укреплена пластинка германия 2 и контактная металлическая проволочка 3, упирающаяся в германиевую пластинку. В месте контакта металлической проволоки с кристаллом полупроводника образуется р-га-переход.
 [10]

В зависимости от оформления / 7-и-перехода различают плоскостные и точечные полупроводниковые диоды. Плоскостные можно получить методами вплавления, диффузии и выращивания. При изготовлении точечных диодов в хорошо отполированную пластину полупроводникового материала упирают металлическую иглу. В месте соприкосновения иглы с полупроводником образуется выпрямляющий переход.
 [12]

В зависимости от оформления / — л-перехода различают плоскостные и точечные полупроводниковые диоды. Плоскостные можно получить методами вплавления, диффузии и выращивания. При изготовлении, точечных диодов в хорошо отполированную пластину полупроводникового материала упирают металлическую иглу. В месте соприкосновения иглы с полупроводником образуется выпрямляющий переход.
 [14]

Наряду с плоскостными полупроводниковыми диодами в радиоэлектронике широко применяются точечные полупроводниковые диоды.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

Что такое точечный контактный диод? — Строительство, работа и применение

Определение: Диод с точечным контактом образуется путем соприкосновения металлического провода с полупроводником N-типа с образованием небольшой площади контакта. Это образует небольших точечных соединения. Он широко используется, потому что такое маленькое точечное соединение обладает небольшим значением емкости перехода. Таким образом, накопление заряда на переходе невелико. Благодаря этому коммутационная способность диода намного лучше, чем у обычного диода.

Конструкция диода с точечным контактом

Он образован контактом полупроводниковой подложки N-типа и проволоки из вольфрама или фосфористой бронзы (Кошачий ус) . Полупроводником, используемым в конструкции диода с точечным контактом, может быть кремний или германий, но широко используется германий, поскольку он обладает более высокой подвижностью носителей.

Размер полупроводниковой подложки составляет около 1,25 кв. мм, а ее толщина составляет 0,5 мм. Одна фаза полупроводниковой подложки припаяна к металлической основе методом радиочастотного нагрева.

Площадь поперечного сечения вольфрамовой проволоки или кошачьего уса составляет несколько мкм. Он соединен с полупроводником N-типа, но фаза подложки, соединенная с кошачьим усом, должна быть противоположна фазе металлического контакта. Анодная и катодная клеммы соединены металлическими контактами.

Работа диода с точечным контактом

Когда прямое смещение подается на диод с точечным контактом, ток, создаваемый в устройстве, проходит через кошачий ус. За счет этого вольфрамовая проволока нагревается. Из-за этого нагрева проволока подвергается деформации. Таким образом, намеренно оставлен небольшой зазор для расширения провода под действием большого тока.

При нагреве провода нагревается и полупроводник в контакте с проводом. За счет этого он расплавляется и атомы из вискера переходят в полупроводниковый кристалл. Таким образом, вискер действует как полупроводник P-типа. Таким образом, соединение P-N образуется, но площадь соединения очень мала. Можно предположить, что это точечное соединение.

Хотя соединение не может быть четко видно из-за очень маленького размера соединения, его можно рассматривать как точечное соединение. Все устройство заключено в стеклянную или керамическую оболочку. Кроме того, полупроводниковый элемент N-типа и кошачий ус обеспечивают механическую прочность устройства.

Емкость перехода и диффузионная емкость в этом диоде очень малы, т. е. примерно от 0,1 до 1 пФ. Это связано с тем, что площадь контакта между проводом и подложкой N-типа очень мала. Из-за малой площади перехода плотность носителей заряда вблизи перехода очень мала. Таким образом, низкий уровень заряда позволяет быстро переключаться.

Приблизительная эквивалентная схема слабого сигнала

Приблизительная эквивалентная схема слабого сигнала описана на схеме ниже. Общая емкость представляет собой сумму C _T и C _D.

C = C _T + C _D и C _G = ɛ ₀ A/L

9002, где CG IS CAMETIRINCE.

R _d  = dV/dI

Где Rd — нелинейное сопротивление диода, а последовательное сопротивление Rs и индуктивность Ls представляют эффекты омических контактов, объемного полупроводника и нитевидных кристаллов.

Преимущество диода с точечным контактом

Подходит для высоких частот: Благодаря быстрому переключению подходит для высокочастотных приложений.

Недостатки диода с точечным контактом

1. Меньший номинальный ток: Диод имеет более низкий номинальный ток, из-за чего сопротивление диода велико при прямом смещении.
2. Менее надежный: Небольшая площадь контакта не очень прочная и поэтому менее надежна, чем обычный диод.

Применение диода с точечным контактом

1. Высокочастотные цепи: Из-за небольшой площади перехода и низкой емкости перехода и диффузионной емкости, как обсуждалось выше, диод подходит для высокочастотных приложений (около 10 ГГц).
2. Радиочастотные смесители: В связи смесители играют решающую роль в схемах, а диод с точечным контактом широко используется в радиочастотных смесителях.
3. Цепи детектора: Для обнаружения высокочастотного сигнала эти диоды играют решающую роль в схеме.
4. Видеодетектор: Также находит применение в видеодетекторе.
5. Детектор огибающей и детекторные схемы радио и телевидения: Диоды с точечным контактом также используются в схемах детектора огибающей и телевидения, поскольку они быстро переключаются из одного состояния в другое.

Это применение точечного диода. В диоде с точечным контактом не используются две полупроводниковые детали для формирования двух электродов, а используется металлическая проволока и образец полупроводника.

Взаимодействие с читателем

Важность точки добротности диода для функционирования схемы | Блог Advanced PCB Design

Мы все стремимся к той оптимальной точке, в которой сходятся наша производительность, стремление и страсть к стоящей перед нами задаче. Например, работа в идеальной компании, которая также ценит вашу работу, платит вам соответственно, а страсть к тому, что вы делаете, непоколебима.

Точка Q, которую мы все ищем, часто неуловима, а для некоторых недостижима. Однако именно человеческая природа побуждает всех нас постоянно стремиться к ощутимо недостижимому. Кроме того, если бы не это неутолимое стремление, мы, люди, не достигли бы тех успехов в науке, которые вы видите сегодня.

Что касается достижений, большинство наших достижений относится к области электроники и техники. Это вполне логично, особенно если учесть тот факт, что эти достижения оказывают наиболее заметное, широко распространенное и изменяющее жизнь влияние на нашу жизнь. Кроме того, в области электроники ландшафт постоянно меняется, и очень немногие вещи, которые актуальны сегодня, были бы таковыми даже несколько лет назад. Однако рабочая точка диода (точка Q) является одним из таких исключений.

Что такое точка добротности диода?

Точка Q или рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, или точка покоя — это установившееся постоянное напряжение или ток на определенной клемме активного устройства, такого как диод или транзистор, без подачи входного сигнала .

Кроме того, точка Q представляет собой отношение между прямым напряжением диода и током, определяемое характеристикой устройства. Следовательно, есть только одна точка на линии нагрузки постоянного тока, где напряжение и ток диода совместимы с условиями цепи.

Другими словами, эта рабочая точка (точка Q) является точкой пересечения, где сходятся оптимальные прямое напряжение и прямой ток, а также точкой, в которой диод работает оптимально.

Важность точки Q для работы цепи

Другой способ выражения точки Q — обращение к ней как к смещению. Смещение в электронике означает установление заранее определенных напряжений или токов в различных точках электронной схемы для обеспечения надлежащих условий работы электронных компонентов.

Многочисленные электронные устройства, в том числе диоды, транзисторы и даже электронные лампы, функцией которых является обработка изменяющихся во времени сигналов переменного тока, также требуют постоянного тока или напряжения для правильной работы. Кроме того, при подаче сигнала переменного тока вы делаете это, накладывая его на постоянный ток или напряжение смещения.

Принимая во внимание, что цепь смещения — это часть цепи устройства, которая обеспечивает постоянный ток или напряжение. Таким образом, точка Q имеет важное значение для общей функциональности компонента (диода) или схемы.

Расчет точки добротности диода

Как обсуждалось ранее, рабочая точка или точка покоя (точка Q) — это точка, в которой диод работает оптимально. Кроме того, точка добротности диода зависит от схемы, в которой диод находится отдельно, поэтому ее необходимо рассчитать для конкретной схемы, которую вы проектируете. Как правило, именно схемотехник выбирает точку Q для работы диода при безопасном номинальном токе.

Для расчета точки Q диода мы должны использовать закон напряжения Кирхгофа (KVL), который гласит, что алгебраическая сумма разностей потенциалов в любом контуре должна быть равна нулю (ΣV = 0). Например, если два резистора R1 и R2 соединены вместе в последовательном соединении, они оба являются частями одного и того же контура, поэтому через каждый резистор должен протекать один и тот же ток.

Теперь предположим, что диод также включен последовательно с резистором (R1) и источником напряжения (VDD). Мы подключим диод в прямом смещении, чтобы прямой ток и прямое напряжение протекали через последовательную цепь. Согласно закону тока Кирхгофа, ток, протекающий через диод (ID) и резистор (IR), равен (ID = IR).

Понимание точки добротности диода позволяет лучше определять ток цепи.

Дальнейший анализ линии нагрузки постоянного тока и точки Q диода

Теперь мы можем продолжить анализ цепи, применив закон напряжения Кирхгофа (KVL). КВЛ приводит к формированию окончательного уравнения для линии нагрузки постоянного тока. Здесь постоянное напряжение представляет собой напряжение смещения цепи, сохраняя любые дополнительные реактивные компоненты равными нулю. Применив КВЛ к последовательной цепи, мы можем получить напряжения и токи нашей цепи.

(VDD = VD + IDR) (VD = IDR — VDD)

Что касается формулы, VDD — это приложенное напряжение источника постоянного тока, а VD — это напряжение на диоде. Следовательно, вы можете рассматривать приведенную выше формулировку как уравнение для диода. Теперь мы можем получить характеристики напряжения и тока диода в состоянии прямого смещения. Таким образом, как и в нашем предыдущем анализе состояния диода при прямом смещении, приложенное напряжение и генерируемый ток в цепи экспоненциально связаны друг с другом.

Кроме того, при достижении определенного напряжения отсечки диод начинает работать в режиме прямого смещения. Теперь, когда у нас есть характеристическая кривая (графически), мы можем завершить нашу технику анализа и провести прямую линию на кривой i-v характеристик. Кривая для нашей обобщенной схемы для диода (VDD/R). Таким образом, пересечение линий приводит к образованию рабочей точки диода (точки Q), как упоминалось ранее.

Общее значение точки Q в линии нагрузки постоянного тока

Как вы, возможно, знаете, диоды являются нелинейными компонентами, которые не подчиняются законам Ома. Однако, если вы проанализируете его кривую вольт-амперной характеристики, она по-прежнему основана на параметрах напряжения и тока. Во время этого графического анализа мы строим характеристическую кривую, а затем рисуем линию нагрузки постоянного тока. Это, конечно, представляет собой точку, в которой реактивные компоненты равны нулю.

Это также представляет ограничение, применяемое к нелинейному компоненту внешней цепью. Отсюда мы, конечно же, определяем нашу точку Q. Итак, каково значение установки этой точки Q и использования этой техники анализа? Ответ таков:

1. Позволяет проводить линейный анализ нелинейных компонентов, таких как диоды и транзисторы.

2. Основной целью анализа грузовой марки является определение рабочей точки.

3. Рабочая точка, создаваемая линией нагрузки постоянного тока, является центром, в котором параметры напряжения и тока эквивалентны друг другу для обеих частей цепи.

4. Рабочие области, созданные здесь благодаря методу анализа линии нагрузки, гарантируют, что диод остается в активной области.

5. Полученная рабочая точка также важна для построения нагрузочных линий переменного тока.

6. Если постоянное сопротивление и приложенное к цепи постоянное напряжение изменяются, то этот метод жизненно важен для эффективного анализа цепи.

Найти ожидаемое выходное напряжение с стабилитроном несложно.

Точка Q необходима для общей функциональности компонентов и схем. Это гарантирует, что нелинейные компоненты, такие как диоды, работают при оптимальном токе и напряжении во всем рабочем диапазоне. Это также способствует повышению функциональности, надежности и срока службы ваших электронных схем.

Внедрите надлежащие операционные стратегии точки Q для всех ваших проектов печатных плат с помощью набора инструментов Cadence для проектирования и анализа.