bankin_iit_1

уменьшается в ε раз, для германия и кремния это время лежит в пределах

(10 – 100 мкс.), то напряжение на диоде снижается до 1,2 пр.уст. за конечный промежуток времени, называется временем установления прямого сопро-

тивления (напряжения) уст.. Наиболее эффективный способ снижения уст. – уменьшение толщины базы.

Рисунок 8 – Эпюры токов (а, г) и напряжений (б, в) при отпирании и запирании диодов

гиваются полем p – n перехода обратно в эмиттер (р – слой). При этом обратное сопротивление резко уменьшится. В результате последующего процесса рекомбинации дырок с электронами, занимающего конечный отрезок времени, концентрация дырок достигает равновесного значения, а обратный ток уменьшится до установившейся величины о. Промежуток времени с момента прекращения прямого тока до момента, когда обратный ток достигает своего установившегося значения о, называется временем восстановления обратного сопротивления (тока) δ вост. диода.

Как и выпрямительные, импульсные диоды характеризуются статическими параметрами пр.ср. и обр., а также параметрами предельного режима

11

пр.макс и обр.макс. Основными же являются импульсные параметры: д, вост.

иим.мак, а также ток им.мак, который может значительно превышать ток ста-

тического режима пр.ср., т.к. при кратковременных (оговоренных в справочниках) импульсах прямого тока можно не опасаться перегрева диода.

Врастающее время выпускаются кремниевые диодные матрицы и сборки, содержащие один или несколько импульсных диодов по определенной схеме включения. Такие матрицы и сборки можно применять в качестве отдельных функциональных узлов при проектировании импульсных и другого рода схем.

2.8 Стабилитроны

Стабилитроны – это кремниевые плоскостные диоды, предназначенные для стабилизации уровня постоянного напряжения в схеме при изменении в некоторых пределах тока через диод. Как отмечалось ранее, если обратное напряжение превышает значение обр.проб, происходит лавинный пробой p – n перехода, при котором обратный ток резко возрастает при поч-

ти неизменном обратном напряжении. Такой участок характеристики

(участок а б Рисунок 9,а) используют стабилитроны, нормальным включением которых в цепь источника постоянного напряжения является обратное.

а) ВАХ стабилитрона б) Схема включения стабилитрона

Рисунок 9

Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторое значение ст.макс то состояние электрического пробоя не приводит к порче диода и может воспроизводиться в течении десятков и сотен тысяч часов. Как правило исходный материал используемый для стабилитронов – кремний, поскольку обратные токи кремниевых p – n переходов невелики, а следователь-

К основным параметрам стабилитронов относятся: ст. – напряжение стабилизации (напряжение на стабилитроне) при указанном токе стабилизации ст.ном. (рисунок 9,а) Помимо ст.ном. указывается также минимальное ст.мин. и максимальное ст.макс. значения токов на участке стабилизации.

Минимальный ток стабилизации ограничивается величиной и нестабильностью обратного тока в предпробойный период, а максимальный обратный ток ограничивается допустимой мощностью рассеяния

Динамическое сопротивление в рабочей точке на участке стабилизации:

ст.

д

ст.

Показывающий величину относительного изменения напряжения стабилизации при изменении напряжения стабилизации при изменении тока через стабилитрон;

Температурный коэффициент напряжения стабилизации, характеризующий степень изменения температуры окружающей среды на 1 ° и выражающийся в процентах:

том температуры напряжение стабилизации уменьшается, у высоковольтных увеличивается и ст имеет отрицательный знак.

Для уменьшения ст последовательно со стабилитроном можно включить термозависимое сопротивление (например, p – n переход, смещенный в прямом направление, значение которого с ростом температуру, компенсируется в определенной степени уменьшением напряжения на сопротивлении

, рисунок 9,б).

Стабилизация низковольтного напряжения в пределах 0,3 – 1,0 В можно получить при использовании прямой ветви ВАХ, которая у кремниевых диодов с высокой концентрацией примеси в области базы почти параллельна оси токов. Такие диоды называют стабисторами. Кроме того, промышленностью выпускаются двуханодные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ относительно оси токов. При этом напряжение стабилизации при прямом смещение стабилитрона равно напряжению стабилизации при обратном смещении.

2.9 Варикапы

13

Варикапом называется специально сконструированный диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью его p – n перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (к диоду) напряжения.

В варикапах используется барьерная емкость, отличающаяся малым температурным коэффициентом, низким уровнем собственных шумов, слабой зависимостью от частоты и относительно высокой добротностью. Следовательно, в рабочем режиме к варикапу прикладывают запирающее напряжение.

а) вольт–фарадная характеристика б) эквивалентная схема варикапа

ристикой (рисунок 10, а). С ростом обратного напряжения емкость варикапа уменьшается, так как расширяется область пространственного заряда p – n

перехода, а, следовательно, увеличивается его толщина.

Пренебрегая в рабочем диапазоне частот малыми индуктивностями выводов и емкостью корпуса, эквивалентную схему варикапа можно изобразить, как показано на рисунке 10,б. Где сопротивление R представляет собой дифференциальное сопротивление обратно смещенного p – n перехода и поэтому велико (не меньше мегаома), а сопротивление r состоит из сопротив-

откуда реактивная часть сопротивления:

б ⁄ б 1

Так как добротность конденсатора определяется отношениями реактивного сопротивления к активному, то из уравнений приведенных выше получим:

толщины базы выбирают минимально возможной с повышенной концентра-

2.10 Туннельные и обращенные диоды

Тунельные диоды представляют собой полупроводниковый прибор на основе высоколегированного полупроводникового материала, используется в быстродействующих электронных переключателях (до 10 переключений в секунду), генераторах и усилителях электрических колебаний сверхвысоких частот.

Обращенные диоды используются для переключения, детекттирования и преобразования частоты.

Эти диоды изготавливают из германия и арсенида галия с высокой концентрацией примеси, что позволяет получить очень узкий p – n переход.

В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект). Вероятность этого процесса возрастает при увеличении напряженности электрического поля в области перехода.

Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ диода падающего участка (а. б.) с отрицательным сопротивлением (рисунок 11, а)

15

Поскольку туннельный ток не связан со сравнительно медленными процессами диффузии или дрейфа электронов, туннельные диоды являются практически безинерционными приборами, туннельный эффект слабо зависит от температуры, поэтому туннельные диоды можно использовать в диапазоне температур от – 100 до +150 °.

В обращенных диодах концентрация примесей меньше, чем в туннельных, несколько изменяет их ВАХ (рисунок 11, б). Ток максимума на прямой ветви ВАХ незначительный или полностью отсутствует. В таких диодах при прямом смещении p – n – перехода протекает ток, обусловленный инжекционными процессами, а при обратном смещении туннельным механизмом.

Следовательно, характеристика обращенного диода представляет собой обратную характеристику туннельного диода, а при обратном смещении – прямую характеристику обычного диода, однако с туннельным характером тока.

К основным параметрам туннельных и обращенных диодов относятся:

противления падающей ветви ВАХ.

2.11 Фотодиоды

Фотодиод – полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, отображающим процесс преобразования световой энергии в электрическую. Внутренний фотоэффект заключается в том что под действием энергии светового излучения в области p – n – перехода происходит ионизация атомов основного вещества и примеси, в результате чего генерируются пары носителей заряда – электрон и дырка. Во внешней цепи,

16

присоединенной к p – n – переходу, возникает ток, вызванный движением этих носителей (фототок ф). Промышленность выпускает германиевые и кремниевые фотодиоды.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: фотогенераторном и фотопреобразовательном. В отличие от фотогенераторного фотопреобразовательный режим предполагает наличие внешнего источника питания (смещения).

При контакте двух полупроводников n и p – типов на общей их границе создается контактная разность потенциалов к (Рисунок8.а.). При отсутствии светового потока (Ф=0) и нагрузки (ключ разомкнут) диффузионная составляющая тока p – n – перехода диф, обусловленная плотностью тока основных носителей, уравновешивается дрейфовой составляющей тока др., определяемой плотностью тока неосновных носителей. Поэтому: диф. др. 0.

При освещении полупроводника в области p – n –перехода генерируются дополнительные пары носителей заряда. Поле объемного заряда p – n – перехода “разделяет” эти пары: дырки дрейфуют в p – область, а электроны

– в n – область, т.е. происходит перемещение дополнительно возникших неосновных носителей.

Поскольку в области полупроводника p – типа накапливаются избыточные носители с положительным зарядом, а в области полупроводника n – типа накапливаются избыточные носители с отрицательным зарядом, то между внешними электродами появляется разность потенциалов (рисунок 12, а), представляющая собой фото ЭДС Еф..

Рисунок 12

Эта ЭДС уменьшает высоту потенциального барьера к, увеличивая тем самым диффузионную составляющую тока. При подключении нагрузки (ключ замкнут) потечет ток н и напряжение на внешних зажимах фотодиода уменьшится до некоторого значения фд Еф..

17

тает пропорционально величине светового потока. Это подтверждает также

теристике определяется интегральная зависимость фотодиода, которая равна отношению фототока к интенсивности светового потока:

дфд⁄Ф

Фототок диода зависит также от длины волны светового излучения. Кривая, отражающая количественную реакцию фотодиода на свет различной длины волны, называется спектральной характеристикой (Рисунок 13, в)

18

Для германиевого фотодиода значение максимального фототока можно получить в области инфракрасного участка спектра.

2.12 Светодиоды (электролюминесцентные диоды)

Светодиоды преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией.

Основой светодиода является p – n переход, смещенный внешним источником напряжения в проводящем направлении. При таком смещении электроны из n – области полупроводника инжектируют в p – область, где они являются не основными носителями, а дырки – во встречном направлении.

В последующем происходит рекомбинация избыточных неосновных носителей с электрическими зарядами противоположного знака.

Рекомбинационные процессы в арсениде галия (GaAs), фосфиде галия (GaP), имеющих большую ширину запрещенной зоны, сопровождается вы-

делением энергии в виде квантов света, которые частично поглощаются объ-

емом полупроводника, а частично излучаются в окружающее пространство. Поэтому внешний квантовый выход, фиксируемый зрительно, всегда меньше

зависимость мощности и яркости излучения от величины прямого тока, соот-

Мощность и яркость излучения во многом определяется конструкцией светодиода. Чем больший ток можно пропустить через диод при допустимом нагреве, тем больше яркость излучения (рисунок 14, а,б).

К основным параметрам светодиода относятся мощность излучения Р, длина волны излучаемого света λ и КПД. Длина световой волны определяет

19

а) общий вид светодиода б, в) яркостные характеристики светодиодов

Рисунок 14

Светодиоды применяются для индикации и вывода информации в электронных устройствах. Управляемые светодиоды (с подвижной границей светящегося поля) используются для замены стрелочных приборов, в оптронах и т.д. В таблице 4 приведен пример основных параметров светодиода.

Таблица №4 Основные характеристики светодиода

3 МАЛОМОЩНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

3.1 Основные понятия

Выпрямителями называют электрические схемы, для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от сети переменного тока. Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающих от трехфазной сети.

Структурная схема включает в себя (рисунок 15): силовой трансформатор, вентильную группу, сглаживающий фильтр, стабилизатор напряжения или тока и нагрузку. С помощью трансформатора производится преобразование величины входного напряжения, а также электрическое разделение

20