Опорные диоды (полупроводниковые стабилитроны)

Опорные диоды (рис.3.4.) предназначены для использования в качестве источника опорного напряжения в различных элементах. В работе стабилитронов используются режим электрического пробоя при обратном смещении p-n-перехода. При ограниченном протекании тока через стабилитрон режим электрического пробоя может устанавливаться в течении десятков тысяч часов.

Нормальным режимом работы стабилитронов является работа при обратном напряжении, соответствующем электрическому пробою p-n-перехода (рис.3.5.). рабочим участком опорного диода является участок АВ.

В зависимости от назначения стабилитроны подразделяются на:

1. низковольтные ( напряжения £5В) ¾ используют туннельный механизм;

2. высоковольтные ( напряжения ³7В) ¾ используют лавинный механизм;

3. при напряжениях 5-7В механизм пробоя смешанный.

Основными параметрами полупроводникового стабилитрона являются:

1. U_ст ¾ напряжение стабилизации, т.е. падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации;

2. I_min ¾ минимальный ток стабилизации (точка А на рис.3.5.);

3. I_max ¾ максимальный ток стабилизации (точка В на рис.3.5., т.е. точка перехода электрического пробоя в тепловой).

4. ¾ динамическое сопротивление стабилитрона, характеризует наклон вольт-амперной характеристики в режиме электрического пробоя;

5. ¾ температурный коэффициент напряжения стабилизации. Величина этого коэффициента определяет качество стабилитрона.

При прямой полярности приложенного напряжения стабилитрон ведет себя как обычный диод.

Для стабилизации напряжений, меньших 3В, используют стабисторы, в которых p-n-переход работает в прямом направлении.

Туннельный диод

Туннельный диод ¾ это высокочастотный полупроводниковый прибор, имеющий на вольт-амперной характеристике прямого включения участок отрицательного динамического сопротивления (рис.3.6.). Туннельные диоды построены на основе узких p-n-переходов. Вольт-амперная характеристика такого диода отличается наличием токового всплеска в зоне начального участка прямой ветви. На вольт-амперной характеристике образуется участок, характеризуемый отрицательным динамическим сопротивлением, на котором приращение напряжения и тока противоположно по знаку. Это свойство позволяет использовать туннельные диоды в качестве активных элементов генераторных и переключательных схем.

Варикапы

Варикапы (рис.3.7.) ¾ это полупроводниковые диоды, у которых используется свойство изменения толщины и, соответственно, емкости р-n-перехода при изменении величины приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве элементов автоматической настройки частоты в различных радиотехнических устройствах и системах управления.

Основными эксплуатационными параметрами являются:

1. С_в ¾ общая емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении;

2. U_упр. ¾ управляющее напряжение;

3. ¾ коэффициент перекрытия по емкости;

4. Q ¾добротность варикапа, которая характеризуется отношением реактивного сопротивления варикапа к его активному сопротивлению.

5. ТКЕ ¾ температурный коэффициент емкости; он характеризует стабильность варикапа и представляет собой отношение относительного изменения емкости к вызвавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды:

. (3.1)

Светодиоды

Светодиоды (рис.3.8.) представляют собой полупроводниковый прибор, предназначенный для преобразования энергии протекающего прямого тока в энергию оптического излучения инфракрасного или видимого диапазона. Конструктивно светодиоды имеют оптический канал для вывода излучения от зоны р-n-перехода.

В светодиодах используются свойства процесса рекомбинации при сравнительно большой плотности рекомбинируемых пар излучать квант света, т.е. используется явление рекомбинационного излучения. Это явление происходит, если плотность энергетических уровней, занятых электронами в зоне проводимости, и свободных уровней в зоне валентности велика. Частота излучаемого кванта света, т.е. цвет излучения, определяется шириной запрещенной зоны: чем больше ширина запрещенной зоны, тем темнее цвет.

Светодиоды применяются в качестве элементов индикации в различных электрических схемах, а также в качестве входных элементов оптоэлектронных микросхем.

Фотодиоды

Фотодиоды (рис.3.9.) ¾ это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования энергии оптического излучения в энергию электрического тока. В фотодиодах используется механизм внутреннего фотоэффекта в зоне р-n-перехода. Фотодиоды имеют оптический канал для входа излучения, могут использоваться в фотогенераторном и фотопреобразовательном режимах. В фотогенераторном режиме оптическое излучение генерируется парой носителей в зоне перехода: под действием внутреннего электрического поля носители концентрируются в р и n областях (дырки в р области, электроны в n области, возникает фото-ЭДС и во внешней цепи может протекать фототок. В фотопреобразовательном режиме фотодиод используется во внешней цепи в режиме обратного включения, при этом величина обратного тока фотодиода пропорциональна интенсивности падающего на него светового потока.

, (3.2)

где - обратный ток фотодиода при отсутствии освещенности, - коэффициент интегральной чувствительности, - интенсивность падающего светового потока.

Зависимость коэффициента интегральной чувствительности от частоты падающего излучения получило название спектральной чувствительности фотодиода. Различают диоды инфракрасного и видимого излучения.

Основные эксплуатационные параметры:

1. ¾ коэффициент интегральной чувствительности;

2. ¾ спектр излучения;

3. ¾ величина темнового тока;

4. ¾ допустимое обратное напряжение;

5. ¾ фото-ЭДС.

Объединение в одном светонепроницаемом корпусе светодиода и фотодиода позволило создать новый класс полупроводниковых приборов ¾ оптоэлектронную пару.