Стабилитроны

В диодах обычного типа обратный ток существенно возрастает при превышении максимального обратного напряжения. Обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации . На рис. 6,апоказано условное обозначение стабилитрона, а на рис. 6,бприведена его вольт-амперная характеристика.

а) б)

Рис. 6. Условное обозначение (а) и ВАХ (б) стабилитрона

Стабилитроны обеспечивают диапазон напряжений стабилизации 3–200 В; их прямое напряжение составляет ~ 0,6 В. Как видно из рис. 6, обратное сопротивление диода при малых обратных напряжениях <велико. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение токавызывает малое изменение напряжения. Стабилизация тем лучше, чем круче идет кривая и, соответственно, чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление:

.

Стабилитроны с ≈ 8 В имеют наименьшее дифференциальное внутреннее сопротивление; с уменьшениемэто сопротивление возрастает. Таким образом, стабилизирующий эффект при малых напряжениях стабилизации проявляется в меньшей степени [2].

Варикапы

Емкость p–n-перехода диода с увеличением обратного напряжения уменьшается. На рис. 7, а показано условное обозначение варикапа, а на рис. 7, б представлены графики зависимости емкости от напряжения для разных типов варикапов [2].

а) б)

Рис. 7. Условное обозначение варикапа (а) и зависимость емкости p–n-перехода от напряжения (б)

Максимальная емкость варикапа в зависимости от его типа составляет 5–300 пФ. Отношение минимальной и максимальной емкостей равно 1:5. Благодаря достаточно высокой добротности варикапы используются для построения колебательных контуров с управляемой напряжением резонансной частотой в области СВЧ.

Фотодиоды

Обратный ток диода возрастает при освещении p–n-перехода. Этот эффект может использоваться для фотометрических измерений. С этой целью фотодиод помещают в корпус с прозрачным окном. На рис. 8, а показано условное обозначение фотодиода, на рис. 8, б представлено семейство вольт-амперных характеристик в зависимости от уровня освещённости [2].

а) б)

Рис. 8. Условное обозначение (а) и семейство ВАХ (б) фотодиода

Для фотодиодов характерно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, поэтому в отличие от фоторезисторов фотодиод может использоваться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов обычно составляет около 0,1 мкА/лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. Такой режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость р–n-перехода.

При увеличении освещенности напряжение холостого хода кремниевого фотодиода увеличивается приблизительно до 0,5 В. Как видно из характеристик на рис. 8, б, под нагрузкой напряжение на фотодиоде снижается очень незначительно, пока величина тока нагрузки остается меньше величины тока короткого замыкания для данной освещенности. Благодаря этому фотодиоды пригодны для получения электрической энергии. Для этих целей изготавливаются специальные фотодиоды с большой площадью p–n-перехода, которые называются солнечными элементами.

Область спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов находится между 0,6 и 1 мкм, а германиевых фотодиодов – между 0,5 и 1,7 мкм. Графики относительной спектральной чувствительности глаза человека и фотодиодов приведены на рис. 9.

Рис. 9. Графики относительной спектральной чувствительности η

германиевых и кремниевых фотодиодов

Достоинством фотодиодов является высокое быстродействие. Граничная частота модуляции светового потока для обычных фотодиодов составляет около 10 МГц, а для специальных фотодиодов, используемых в волоконно-опти­чес­ких линиях связи – порядка нескольких ГГц.