Варикапы

В этих приборах используется барьерная емкость p-n перехода, величиной которой можно управлять с помощью подаваемого напряжения. При подаче обратного напряжения p-n переход представляет собой конденсатор, диэлектриком которого служит высокоомный запирающий слой с низкой концентрацией носителей заряда, а обкладками – полупроводниковый материал по обе стороны от него, сохраняя высокую проводимость.

C

Емкость такого конденсатора, называемая барьерной, определяется обратным напряжением U_обр и уменьшается с его ростом, так как запирающий слой расширяется, что равносильно увеличению расстояния между электродами. Условное обозначение варикапа приведено на рисунке. Основная характеристика варикапа – вольт-фарадная U = f (С) (рисунок 1.29).

-U_обр

0

Рисунок 1.29 – Зависимость барьерной емкости от U_обр

Основными параметрами варикапа являются:

• емкость С_B – до нескольких сотен пикофарад;

• минимальная емкость;

• коэффициент перекрытия по емкости R = C_max / C_min (от 2 до 18);

• добротность Q_B = x_c / R_пот., x-реактивное сопротивление варикапа, R_пот - сопротивление потерь;

• температурный коэффициент емкости ТКЕ.

Применяются варикапы для генерации и усиления вплоть до СВЧ в качестве конденсаторов переменной емкости. Работают варикапы при обратном смещении.

Туннельные диоды

К туннельным диодам относятся диоды, у которых за счет туннельного эффекта на прямой ветви вольт-амперной характеристики существует область с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Туннельные диоды изготавливают из полупроводниковых материалов с высокой концентрацией примеси, называемых выращенными полупроводниками. Запирающий слой в них уже, чем в обычных диодах (0,1…0,2 мкм), чем объясняется значительно большая напряженность электрического поля, обусловленная контактной разностью потенциалов (до 10⁶ В / см).

В тонких p-n переходах увеличивается вероятность туннельного прохождения электронов сквозь тонкий потенциальный барьер. Вольт-амперная характеристика туннельного диода приведена на рисунке 1.30.

3

2

1

U_пр

U_рр

U_в

U_п

I_в

I_п

Рисунок 1.30 – ВАХ туннельного диода

Основными параметрами туннельных диодов являются:

• напряжение и ток пика U_п, I_п;

• напряжение и ток впадины U_в, I_в;

• отношение токов I_п / I_в;

• напряжение U_Р равное прямому напряжению, большему U_в, при котором ток равен пиковому;

• максимальная частота (до 10¹⁰ Гц).

Туннельные диоды применяют для усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне СВЧ, в импульсных схемах переключателей, в запоминающих устройствах.

Светодиоды

Светодиод – полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, преобразующий электрическую энергию в энергию обычного некогерентного светового излучения. Явление свечения в светодиоде называется инжекционной электролюминесценцией. Основой светодиода является p-n переход, смещенный внешним источником напряжения в проводящем направлении.

При прямом смещении потенциальный барьер p-n перехода понижается и происходит инжекция электронов в p-область и дырок в n-область. В процессе рекомбинации неосновных носителей в p-n-переходе энергия выделяется в виде фотонов, то есть процесс рекомбинации сопровождается световым излучением, частота которого пропорциональна ширине запрещенной зоны полупроводникового материала. Если ширина запрещенной зоны больше 1,8 эВ, то излучение невидимое и находится в инфракрасной зоне спектра.

Светодиодные индикаторы характеризуются:

• малым значением (1…5 В) рабочего напряжения;

• малой инерционностью, обеспечивающей высокое быстродействие (50…200 нс);

• широким диапазоном рабочих температур;

• простотой модуляции и возможностью питания постоянным, переменным и импульсным напряжением.

Основные характеристики представлены на рисунке 1.31.

Основные параметры светодиодов:

• сила света I_v – световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в заданном направлении (составляет десятые доли – единица мKд);

• яркость излучения равна отношению силы света к площади светящейся поверхности (составляет десятки-сотни Кд / см²);

• постоянное прямое напряжение (2…4В);

• цвет свечения или длина волны, соответствующая максимальному световому потоку;

• максимально допустимый постоянный прямой ток (составляет десятки мА);

• максимально допустимое постоянное обратное напряжение (единицы В);

• быстродействие излучающего диода (б = 10^-6…10^-9 сек.), определяемое временем переключения t_пер.;

• диапазон температур окружающей среды (T° = − 60… + 70 °C);

• срок службы – составляет 10⁴…10⁶ часов.

P_д

б_аP

б_аAS

I_пр

Яркостная хар-ка

Спектральная хар-ка

Вольт-амперные хар-ки светодиодов

I

В

λ

б_аP

б_аAS

0

0

0

U_пр

S_ic

S_ic

б_аP

б_аAS

Рисунок 1.31 – Характеристики светодиодов

Недостатком светодиодов является зависимость их параметров от температуры. Выпускаются светодиоды в виде точечных приборов, в виде матричных панелей и в виде знакосинтезирующих индикаторов.

Применяются светодиоды в устройствах визуального отображения информации, в фотореле, различных датчиках и при создании оптронов.