Polovodičové součástky pro elektroniku můžeme roztřídit podle několika hledisek. Podle technologie nebo konstrukčního uspořádání dělíme polovodičové součástky na diskrétní a integrované. U diskrétní součástky tvoří elektrický funkční prvek současně i samostatnou jednotku součástky, integrované obsahují v mechanickém celku (např. pouzdru) elektrický funkční celek (obvod) složený z mnoha aktivních i pasivních prvků. [1]

3.1 Polovodičové diody

Polovodičové součástky využívající statické a dynamické vlastnosti jednoho přechodu PN nazýváme diodami. VA charakteristika polovodičové diody je vlastně VA charakteristikou PN přechodu. Z teoretického rozboru přechodu PN v předešlých kapitolách vyplývá, že závislost mezi napětím a proudem je nelineární a je popsána vztahem:

Poněvadž hodnoty proudu a napětí v propustném a závěrném  směru  diody  se  velmi  liší, používáme na osách pro propustný a závěrný směr rozdílná měřítka (obr.3.1.).

Obr: 3.1. VA charakteristika polovodičové diody (Ge)

VA charakteristika polovodičové diody charakterizuje pouze statické para­metry polovodičové diody.V četných aplikacích, zejména jedná-li se o zapojení diody v obvodech, kde dochází k rychlým periodicky se opakujícím přechodům z propustného do závěrného směru, jsou důležité dynamické vlastnosti diody. V době, kdy dioda vede propustný proud, jsou oblasti polovodiče vytvářející přechod PN zaplněné nosiči náboje. Má—li přechod přejit z propustného do závěrného stavu a blokovat závěrné napětí, je nutné odvést nosiče náboje z těchto oblastí. [1]

Provedení a použití polovodičových diod

Při činnosti polovodičových diod se využívá  především  základní  vlastnost přechodu PN - usměrňující schopnosti přechodu PN. Speciální diody pak využívají dalších vlastností přechodu a to :

a) nedestruktivní průraz (např. Zenerova dioda)

b) záporný diferenciální odpor (tunelová dioda)

c) napěťová závislost kapacity přechodu (varikap) [1]

Usměrňovací diody

Usměrňovací diody se používají pro usměrňování (viz.usměrňovače) střídavého proudu průmyslového kmitočtu, případně mohou být použity i pro vyšší kmitočty. Mezní hodnoty usměrňovaných napětí a proudů udává výrobce polovodičových diod formou tzv. charakteristických údajů. Těmito údaji definuje výrobce průběh VA charakteristiky  usměrňovací  diody.  Pracovní  oblast  VA  charakteristiky  je popsána dvěma údaji. V propustné části se uvádí hodnota proudu I_F, při kterém napětí U_Fmax nepřekročí hodnotu danou výrobcem. Pro závěrnou část charakteristiky je uvedena hodnota závěrného napětí U_Rmin, při němž proud I_R nepřekročí hodnotu udanou výrobcem. [1]

Stabilizační diody

Stabilizační (Zenerovy ) diody jsou křemíkové plošné diody, které využívají nedestruktivní průraz při polarizaci diody v závěrném směru. Tvar VA charakteristiky v závěrné oblasti je obvykle určen kombinací obou druhů nedestruktivních průrazů přechodu PN — Zenerova průrazu a lavinového průrazu . Obr. 3.2. ukazuje VA charakteristiku Zenerovy diody. Pro větší hodnoty průrazného Zenerova napětí převládá lavinový průraz (U_z > 6 V) a teplotní koeficient Zenerova napětí TK_Uz je kladný. Pro menší hodnoty Zenerova napětí (U_z < 6 V) převládá Zenerův průraz a teplotní koeficient TK_Uz  je záporný.

Teplotní koeficient Zenerova napětí:

Obr: 3.2. VA charakteristika Zenerovy diody

Dosáhne—li napětí v závěrném směru průrazné hodnoty mění se  prudce  vodivost diody a proud v závěrném směru narůstá. Proud musí být však omezen vnějším rezistorem tak, aby nebyl překročen mezní ztrátový výkon P_zmax = U_zI_zmax. Zvyšováním koncentrace příměsí se snižuje hodnota průrazného napětí, neboť se zužuje šířka depletiční vrstvy, takže k vytvoření potřebné intenzity elektrického pole stačí menší hodnota vnějšího napětí. V propustném směru se Zenerova dioda chová jako běžná dioda. Nejběžnější aplikace Zenerových diod jsou stabilizátory napětí a  referenční zdroje napětí. [1]

Lavinové diody

Jsou to křemíkové polovodičové diody využívající při své činnosti lavinového průrazu, přičemž jsou konstruovány tak, aby jejich výkonová přetížitelnost v závěrném směru byla přibližně stejná jako v propustném směru. Dioda se tedy nezničí průchodem většího závěrného proudu, pokud není překročena mezní hodnota ztrátového výkonu, z čehož pak vyplývá, že lavinové diody mohou být více napěťově namáhány než běžné usměrňovači diody. Ve větší míře se využívají u vysokonapěťových sloupců. Dále mohou být použity jako stabilizátory pro vyšší napětí (stovky voltů) a  tvoří  základ  tzv. lavinových průletových diod, které slouží ke generaci kmitů v mikrovlně oblasti (řádově 10  GHz). [1]

Tunelové diody

Tunelové diody využívají při své činnosti vlastnosti přechodu PN vzniklého z polovodičů s vysokou dotací příměsí, která mnohokrát převyšuje koncentraci příměsí běžných diod (tzv. degenerovaný přechod PN). Ve srovnání s obr. 3.2. je závěrné průrazné napětí redukováno k nule, proto se tunelová dioda používá v určité oblasti napětí v propustném směru. Vzhledem ke zvláštnímu tvaru VA charakteristiky, která obsahuje oblast záporného diferenciálního odporu, lze tunelovou diodu použít jako aktivního prvku, např. v obvodech oscilátorů (kmitočet řádově desítky GHz). Čárkovaná křivka na obr. 3.3. představuje VA propustnou charakteristiku běžného přechodu PN. Plná čára znázorňuje, že malé přiložené napětí v propustném směru (cca 50 mV) způsobí nárůst proudu na vrcholovou hodnotu I_p, další zvyšování napětí vede ke snížení proudu na hodnotu I_v. Při dalším zvyšování napětí se tunelová dioda chová jako běžná dioda.

 

Obr: 3.3. VA charakteristika tunelové diody [1]

 

Kapacitní diody

Z rozboru vlastností přechodu PN vyplývá, že šířka depletiční vrstvy, a tím tedy i oblast prostorového náboje, se mění s rostoucím  závěrným  napětím. Můžeme tedy definovat tzv. diferenciální kapacitu na jednotku plochy přechodu PN:

Kapacita přechodu (tzv. bariérová kapacita) v závěrném směru klesá s rostoucím napětím. V propustném směru naopak zpočátku vzrůstá, pokud hodnota vnějšího napětí nezpůsobí dostatečně vysokou proudovou hustotu v propustném směru (tzv. difúzní kapacita), přičemž vztah 3.3. přestává platit, protože s růstem propustného napětí dochází k silné injekci minoritních nosičů přes oblast přechodu. Diody, které využívají napěťové závislosti kapacity PN přechodu v závěrném směru, se nazývají varikapy. Jsou to v podstatě plošné diody, zpravidla křemíkové. Základními požadavky při návrhu a výrobě varikapů jsou zejména : malý sériový odpor, sériová  indukčnost a velký závěrný odpor.

Kapacitu varikapu lze vyjádřit, vztahem:

Varikapy se nejčastěji používají pro laděni vstupních obvodů a oscilátorů rozhlasových a televizních přijímačů.

 

Obr: 3.4. Napěťová závislost diferenciální kapacity varikapu [1]

 

Vysokofrekvenční a spínací diody

Vysokofrekvenční a spínací diody se používají v obvodech, které pracují při vysokých frekvencích nebo v impulsním provozu. Důležitým parametrem  spínacích diod je zotavovací doba t_rr (doba, za kterou závěrný proud diody poklesne na desetinu své maximální hodnoty), která má být co nejmenší. Z vysokofrekvenčních parametrů výrobce udává kapacitu v závěrném směru C_D, usměrňovací účinnost (poměr střední hodnoty jednocestně usměrněného vf napětí a špičkové hodnoty vf napětí daného kmitočtu) a tlumicí r_D (vf vstupní odpor diody v zatíženém vf usměrňovači). Podle způsobu provedení rozeznáváme vf diody plošné nebo hrotové. Spínací diody mohou být hrotové s přivařeným hrotem, slévané a difúzní. Velmi dobré spínací a vysokofrekvenční vlastnosti vykazují tzv. Schottkyho diody, které využívají vlastnosti přechodu kov-polovodič.  [1]