Napivprovidnikovi_diodi_03_04_2014

При напругах стабілізації менше 7В у стабілітронах використовується режим польового (тунельного ) пробою, більше 15 В - лавиний пробій, від 7 до 15 В - змішаний пробій. Польовий (тунельний ) и лавинний пробої стабілітронів оборотні, якщо зворотні струми через них не перевищують

Iст max.

Стабілітрони або опорні кремнієві діоди призначені для використання у параметричних стабілізаторах напруги. ( Схема на Рис.9.)

Якщо вхідна напруга Uвх стабілізатора збільшується, то це приводить до збільшення струму через стабілітрон і баластний резистор Rб (Rн = const). Надлишок вхідної напруги надає на Rб, а напруга Uвих – на опорі навантаження., що дорівнює Uст, залишається незмінною.

Uвх = Uст + UБ = Uст. + RБIБ

ІБ = Іст + Ін

При зміні опору Rн, струм, що протікає через опір Rб збільшується внаслідок збільшення струму навантаження і струму через стабілітрон, зростає напруга на резисторі Rб, а напруга Uвих практично зберігається незмінною.

Стабілітрони допускають їх послідовне включення. Напруга cтабілізації при цьому додається. Паралельне сполучення стабілітронів недопустиме, тому що внаслідок неідентичності їх характеристик струми, які протікають через стабілітрони, розподіляються нерівномірно, що призведе до виходу з ладу одного із стбілітронів.

Высокочастотні (універсальні) та імпульсні діоди застосовують для випрямлення струмів , модуляції та детектування сигналів з частотами до кількох сотень мегагерц. Импульсні діоди використовують в якості ключових елементів у пристроях з мікросекундною й наносекундною тривалістю імпульсів. Їх основні параметри:

Максимально допустимі зворотні напруги Uзв. mаx (Uзв та mах) – постійні

(імпульсні) зворотні напруги , перевищення яких призводить до його негайного пошкодження.

Постійна пряма напруга Uпр – падіння напруги на діоді при протіканні через нього постійного прямого струму Iпр – заданого Технічними умовами

(ТУ).

Постійний зворотній струм Iзв —струм через діод при постійній зворотній напрузі (Uзв мах). Чим менше Iзв , тим якісніше діод.

11

Ємність діода Сд — ємність між виводами діода при заданій напрузі (ТУ). При збільшенні зворотньої напруги (за модулем) ємність Сд зменшується.

При коротких імпульсах необхідно враховувати інерційність процесів включення й виключення діода, що характеризуєтся наступними параметрами :

1)Час встановлення прямої напруги на діоді (tвст ) – час, за який напруга на діоді при включенні прямого струму досягає свого стаціонарного значення із заданою точністю (Рис. 6,а).

а б

Рис.12 а)-встановлення прямої напруги на діоді в) - відновлення зворотнього опору діода.

Цей час пов’язаний зі швидкістю дифузії й полягає в зменшенні опору області бази за рахунок накоплення в ній неосновних носіїв заряду , інжектуюмих емітером. Спочатку воно високе , тому що концентрація носіїв заряду мала. Після подачі прямої напруги концентрація неосновних носіїв заряду в базі збільшується, це знижує прямий опір діода.

2) Час відновлення зворотнього опору діода (tвосст.) визначається як час , протягом якого зворотній струм діода після переключення полярності

прикладеної напруги з прямої на зворотню досягає свого стаціонарного значення із заданою точністю (Рис. 12, б), зазвичай 10% від максимального зворотнього струму. Цей час пов’язаний з розсмоктуванням в базі неосновних носіїв заряду, накопичених при протіканні прямого струму. Воно

складається з двох складових tвідн.= t1.+ t2., де t1. – час розсмоктування, за який концентрація неосновних носіїв заряду на межі р-п-переходу перетворюється

в нуль; t2. –час розрядження дифузійної ємності, пов’язаний розсмоктуванням неосновних носіїв зарядів в об’ємі бази діода. В цілому час відновлення – це час виключення діода.

12

Там, де потрібен малий час перемикання, використовують діоди Шотткі. Вони мають перехід метал - напівпровідник (Див. Рис.4), який володіє випрямним ефектом. Накопичення заряду в переході цього типу виражене слабо, тому час перемикання може бути зменшено до значення порядку 100пс. Іншою особливістю ціх діодів є (у порівнянні зі звичайними кремнієвими діодами) нізька пряма напруга, яка становить близько 0,3В.

Варикап.

Ємністьсть p-n-переходу зменшується зі збільшенням зворотньої напруги. Цю властивість p-n-переходу використовують для побудови електронних схем, в яких

зміна електричної ємності відбувається шляхом зміни керуючої напруги (схеми настройки резонансних контурів та ін.). Для цих цілей були розроблені спеціалізовані діоди – варикапи, максимальна ємність яких складає 5-300 пФ, а відношення мінімальної та максимальної ємності при зміні керуючої напруги складає 5:1.

характеристика (Рис. 11.).

Вольт-фарадна характеристика - це залежність ємності варикапа від значення прикладеної до нього зворотньої напруги. СВ = f(Uзв)

Рис.11

Основні параметри варикапа:

СВ – номінальна ємність, виміряна при заданій зворотній напрузі Uзв;

13

КС – коефіцієнт перекриття ємності, який визначається відношенням ємностей варикапа при двух значеннях зворотної напруги;

Uзв.макс – максимально допустима зворотня напруга;

QB – добротність, яка визначається як відношення реактивного опору варикапа до опору втрат при заданому значенні ємності або зворотної напруги.

I зв - постійний зворотній струм - струм який тече через варикап при заданій зворотній напрузі.

Uзв макс - максимально допустима зворотня напруга.

Pмакс - максимально допустима розсіювана потужність.

Температурні коефіцієнти емності та добротності —відношення відносної зміни ємності (добротності) варикапа до абсолютної зміни температури, яка викликала її. У загальному випадку самі ці коефіцієнти залежать від значення зворотньої напруги, пркладеної до варикапа.

Гранична частота варикапа — значення частоти, на якій реактивна складова провідності варикапа стає рівною активній складовій. Вимірювання граничної частоти виконується при конкретних заданих зворотніх напругах і температурі, які в свою чергу залежать від типу варикапа.

Варикап застосовують загалом у пристроях високих і надвисоких частот. Наприклад, для налаштування коливальних контурів.

Фотодіод.

Принцип дії фотодіода заснований на фотогальванічному ефекті, який виникає у напівпровідниках при потраплянні на них зовнішнього єлектромагнітного випромінювання.

14

Рис.14. Режими роботи фотодіодів а) - вентильний, в) – фотодіодний.

Вольт - амперні характеристики фотодіода.

Параметром сімейства ВАХ є світловий потік Ф.

При Ф0 = 0 ВАХ фотодіода не відрізняється від ВАХ звичайного напівпровідникового діода. При Ф > 0 на ВАХ фотодіода можна виділити дві області, що відповідають різним режимам роботи фотодіода:

III квадрант - фотодіодний режим;

IV квадрант-- фотогальванічний режим.

Сімейство вольтамперних характеристик фотодіода I = f (Ф) при Ф = const показано на малюнку.

.

Рис.15. Вольт - амперні характеристики фотодіода.

Світловими характеристиками діода в фотогальванічному режимі

єзалежності :

-струму короткого замкнення від світлового потоку Iкз =f(Ф);

-напруги холостого ходу (фото ЕРС) від світлового потоку Uхх =f(Ф);

16

•Випромінюючі в інфрачервоній області спектра - ІЧ-діоди (> 750 нм);

•Випромінюючі в ультрафіолетовій області спектра - УФ-діоди (200-400 нм).

Втаблиці приведені доступні кольори (частоти випромінювання) з діапазоном довжин хвиль, падіння напруги на діоді та матеріал:

18

Випромінюючі діоди виготовляються з різних неорганічних (LED) або органічних (OLED) напівпровідникових матеріалів. Більшість випромінюючих діодів виробляються в даний час - LED на базі неорганічних напівпровідників. Однак технологія OLED бурхливо розвивається і майбутнє швидше за все за нею.

Світлодіод , або світловипромінюючий діод ( СВД , в англійському варіанті

LED - light emitting diode ) - напівпровідниковий прилад, що випромінює некогерентне світло у видимому диапазоні ( довжина хвилі 400-700 нм) при ппротіканні електричного струму через pn - перехід. Колір світіння (довжина хвилі максимуму спектра випромінювання ) визначається типом використовуваних напівпровідникових матеріалів, що утворюють pn - перехід.

Рис.18

Переваги:

1 . Світлодіоди не мають жодних скляних колб і ниток розжарювання , що забезпечує високу механічну міцність і надійність (ударна і вібраційна стійкість)

2 . Відсутність розігріву і високих напруг гарантує високий рівень електро-і пожежобезпеки;

19

3 . Безінерційність робить світлодіоди незамінними , коли потрібна висока швидкодія ( волоконнооптичні системи передачі даних) – десятки мільйонів спалахів в секунду ;

4 . Мініатюрність;

5 . Довгий термін служби ( довговічність) – до 100 000 годин;

6 . Високий коеффіцієнт корисної дії (ККД) - до 150 лм/вт.

7 . Відносно низькі напруги живлення і споживані струми , низьке енергоспоживання

8 . Велика кількість різних кольорів світіння , спрямованість випромінювання

9 . Регульована інтенсивність

Зовнішній вигляд і основні параметри:

1 . Тип корпусу ( діаметр) , мм.

2 . Типовий (робочий ) струм , мА.

3 . Падіння ( робоче) напруги , В.

4 . Колір світіння (довжина хвилі випромінювання , нм. ) .

5 . Кут розсіювання º.

6.Світловий потік , лм .

В даний час світлодіоди знайшли застосування в самих різних галузях: світлодіодні ліхтарі , автомобільна світлотехніка , рекламні вивіски , світлодіодні панелі та індикатори , світлофори тощо.Так як світлодіод є напівпровідниковим приладом , то при включенні в ланцюг необхідно дотримуватись полярності . Світлодіод має два виводи , один з яких катод ( "мінус" ) , а інший - анод ( " плюс" ) . За звичаєм вивід аноду довший ніж катоду.

20