Вольтамперной характеристики стабилитрона

стояние пробоя;

максимальный ток стабилизации I _{ст. max}–наибольший ток,при ко-тором мощность,рассеиваемая настабилитроне, не превышает максимально допустимого значения Р _max; превышение I _{ст. max} приводит к тепловому пробою p-n -перехода и выходу из строя стабилитрона;

дифференциальное сопротивление R _диф = ∆ U _ст/∆ I _ст–отношение приращения напряжения стабили-зации к вызвавшему его малому приращению тока: R _диф определяется в рабочей точке B и характеризу-ет точность стабилизации; чем оно меньше, тем лучше осуществляется стабилизация;

статическое сопротивление R _стат = U _ст/ I _ст–сопротивление стабилитрона в рабочей точке при по-стоянном токе;

температурный коэффициент напряжения α _{U ст}показывает изменение в процентах напряжениястабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1 °С.

Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3...200 В, минимальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А, дифференциаль-ное сопротивление 0,5...500 Ом.

Существуют полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения с исполь-зованием в качестве рабочего участка отрезка прямой ветви вольтамперной характеристики, на которой прямое напряжение слабо зависит от тока. Такой полупроводниковый диод носит название стабисто-

ра.

2.4 Варикапы

При подаче обратного напряжения любой p-n -переход представляет собой конденсатор, диэлектри-ком которого служит высокоомный обедненный слой с низкой концентрацией носителей заряда, а элек-тродами – слои полупроводникового материала по обе стороны от него, сохраняющие высокую прово-димость. Емкость такого конденсатора, являющаяся барьерной емкостью p-n-перехода, определяется обратным напряжением U _обр и уменьшается с его ростом, так как обедненный слой расширяется, что равносильно увеличению расстояния между электродами. Зависимость емкости варикапа от приложен-ного к нему напряжения описывается так называемой вольтфарадной характе-ристикой (рис. 8).

Полупроводниковые диоды, основанные на использовании управляемой барьерной емкости, назы-

С

U обр

Рис. 8 Общий вид вольт - фарадной характеристики ва-

пазоне СВЧ.

вают варикапами.

Основными параметрами варикапов являются:

емкость С _в,которая измеряется при определенном U _обр,обычно4В, и составляет от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад;

коэффициент перекрытия по емкости К_С,который лежит в преде-

лах от 2 до 18 и представляет собой отношение максимальной емкости С _вmaxк минимальной С _вmin,измеренной при напряжении,близком кмаксимально допустимому.

Варикапы используют, главным образом, для управления колеба-тельными контурами в системах автоподстройки частоты радио - и те-левизионных приемников, а также в возбудителях передатчиков с час-тотной модуляцией и параметрических усилителях, работающих в диапазоне СВЧ.

2.5 Туннельные и обращенные диоды

Туннельные диоды изготовляют из полупроводниковых материалов с высокой концентрацией при-меси, называемых вырожденными полупроводниками. Запирающий слой в них уже, чем в обычных диодах (0,1...0,2 мкм), чем объясняется значительно большая напряженность электрического поля, обу-словленная контактной разностью потенциалов (до 10⁶ В/см).

Туннельный диод, как и другие типы диодов, является полупроводниковым прибором с двумя элек-тродами и одним p-n -переходом. Его отличие от других диодов состоит в том, что p-n -переход туннель-ного диода изготовляется из полупроводниковых материалов с очень высокой концентрацией примесей. Толщина обедненного слоя в таком переходе получается очень малой, и даже при незначительных на-пряжениях, приложенных к переходу, возникает электрическое поле очень высокой напряженности. При этом возникает явление, называемое туннельным эффектом (отсюда и название этого прибора). Электрическое поле высокой напряженности вызывает непосредственный отрыв валентных электронов от атомов кристаллической решетки полупроводника. Возникающие при этом электронно-дырочные пары могут создавать так называемые туннельные токи (прямой и обратный), которые оказывают суще-ственное влияние на вольтамперную характеристику p-n- перехода(рис. 9).

Рис. 10 Вольтамперная характеристика обращенно-

го диода

I обр

I пр

U пр

U обр

I пр	Б	Г
I п

А В

I в
U п	U в	U р	U пр
^I ^обр Рис. 9 Вольтамперная характеристи-
	ка

Так, обратный туннельный ток во много раз превышает обратный ток p-n -перехода. При малых зна-чениях прямого напряжения, когда переход еще закрыт, возникает прямой туннельный ток значитель-ной величины. Этому соответствует участок ВАХ от начала координат до т. Б. Увеличение прямого напряжения приводит к ослаблению туннельного эффекта и уменьшению туннельного тока. Этому соответствует участок БВ. При дальнейшем росте прямого напряжения пере-ход открывается, и его ВАХ соответствует прямой ветви характеристики p-n -перехода(участок от т.В и правее).

Прямая ветвь вольтамперной характеристики туннельного диода имеет две характерные точки – т. Б, называемую пиком туннельной характеристики, и т. В, называемую впадиной. Падающий участок ВАХ БВ характеризуется отрицательным дифференциальным сопротив-лением: R_i = ∆ U ₀ / ∆ I ₀ < 0 (уменьшение тока при возрастании напряжения). Благодаря наличию участка ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением туннельные диоды могут быть использованы в качестве активных элементов усилителей, генераторов и других устройств, традиционно выполняемых на других типах электронных приборов (электронных лампах или транзисторах).

Основными параметрами туннельного диода являются:

ток I _п и напряжение U _п пика ВАХ;

ток I _в и напряжение U _в впадины ВАХ;

напряжение раствора U _рпри прохождении через диод тока,равноготоку пика на второй вос-ходящей ветви ВАХ;

отношение тока пика к току впадины I _п / I _в;

дифференциальное сопротив-ление диода на падающем участке ВАХ.

Разновидностью туннельных диодов являются обращенные дио-ды.

Они изготовляются из полупроводниковых материалов с несколько

меньшей, по сравнению с туннельными, концентрацией при-месей. ВАХ обращенного диода имеет следующий вид (рис. 10). Обратный туннель-ный ток быстро нарастает с ростом обратного напряжения примерно также, как в туннельном диоде. При прямом напряжении, в отличие от туннельного диода, нарастание туннельного тока очень незначительно, и заметный прямой ток появляется после того, как переход откроется. Та-

ким образом, при малых напряжениях обращенный диод будет работать как выпрямитель, при-чем проводящей будет не прямая, а обратная ветвь ВАХ (отсюда и его название).

2.6 Излучающие диоды. Фотодиоды

При подаче прямого напряжения в некоторых p-n -переходах при прохождении электрического тока

генерируется оптическое излучение в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой области спектра. В соответствии с частотными диапазонами различают инфракрасные излучающие диоды и светоизлу-чающие диоды, или светодиоды. Действие излучающего диода основано на явлении инжекционной электролюминесценции:излучение возникает в результате рекомбинации неосновных носителей заряда

(электронов проводимости и дырок), инжектированных под действием приложенного напряжения в об-ласть полупроводника, прилегающую к p-n -переходу (так называемая активная область излучающего диода). Такое излучение, в отличие от тепловых источников света, имеет более узкий спектр (его ши-рина обычно не превышает 0,05 мкм), вследствие чего в видимой области воспринимается как одно-цветное. Цвет излучения определяется как полупроводниковым материалом, так и легирующими при-месями. Рекомбинационное излучение светоизлучающих диодов из карбида кремния, арсенида или фосфида галлия может быть весьма интенсивным и лежит в инфракрасной, красной, зеленой и синей частях спектра. Светодиод начинает испускать свет, как только подается прямое напряжение, причем с ростом тока интенсивность свечения увеличивается.

Основной параметр излучающего диода – КПД преобразования электрической энергии в энергию излучения (η), максимальные значения η (1...5 %) получены в излучающих диодах, работающих в диа-пазоне длин волн от 0,8 до 1,3 мкм (инфракрасная область).

Важный параметр излучающего диода – инерционность, которая характеризуется постоянными времени нарастания и спада мощности излучения при его импульсном возбуждении. Инерционность излучающего диода достаточно мала (постоянные времени обычно не превосходят долей микросекун-ды), поэтому по быстродействию они значительно превосходят другие источники света (лампы накали-вания, катодолюминесцентные, газоразрядные и т.п.).

Светоизлучающие диоды в основном применяют в устройствах визуального отображения информа-ции и выпускают в виде одиночных приборов или полупроводниковых знаковых табло, состоящих из нескольких диодов, позволяющих получать свечение, форма которого соответствует каким-либо циф-рам или знакам. Кроме того, используют полупроводниковые линейные шкалы и экраны, составленные из светоизлучающих диодов в виде одной или нескольких параллельных строк. Светоизлучающие дио-

ды инфракрасного свечения применяют в оптронах.
		Принцип действия фотодиодов основан на внутреннем фотоэффекте, состоящем в генерации под
действием	света		электронно-	U обр	дырочных пар в p-n -переходе, в результате
чего увеличи-вается концентрация		основных и неос-новных носителей заряда
Ф = 0
в	его объеме.	Обратный	ток	фотодиода		определяет-
ся	концентрацией		неосновных		носителей и, следовательно, интен-
сивностью					об-	Ф1	лучения.
		Вольтамперные						характеристики фотодиода (рис. 11)
показывают,	что			каждому	Ф2 > Ф1	значению	светового	потока	Ф
									соответствует	определенное значение
	I							I обр
								обратного тока. Такой режим работы
					прибора	Рис. 11 Зависи-	называют фотодиодным.
							мость	Кроме того, используют фото-
			R н= 0						обратного тока	гальванический режим, который состоит в
						том,	что		при освещении непосредственно p-n -
			R н1				перехода образующиеся в нем электронно-дырочные пары разделяются элек-
						трическим полем, обусловленным контактной разностью потенциалов. В ре-
			R н2> R н1			зультате на выводах прибора появляется фотоэлектродвижущая сила,	а при
					Ф	его включении в замкнутую цепь – электрический ток.
		Рис. 12	Зависимость			Зависимости тока фотоэлемента от светового потока при различных со-
		ф					противлениях цепи показаны на рис. 12. Фотодиоды, работающие в фото-

гальваническом режиме, используют в преобразователях солнечной энергии в электрическую для пита-ния различных устройств.

Контрольные вопросы

1 Как образуется р-n -переход и какие токи проходят через него?

2 Что представляет собой статическая вольтамперная характеристика р-n -перехода?

3 Назовите основные виды пробоя р-n -перехода.

4 Какие из видов пробоя лежат в основе принципа действия некоторых полупроводниковых при-

боров?

5 Опишите устройство полупроводникового выпрямительного диода.

6 Как классифицируют полупроводниковые диоды?

7 Какие характеристики и параметры характеризуют свойства полупроводниковых диодов?

8 Охарактеризуйте основные группы полупроводниковых диодов.

9 На чем основана работа стабилитронов?

10 Для чего применяют варикапы, на чем основана их работа?

11 Какой эффект лежит в основе работы туннельных и обращенных диодов?

12 В чем заключается преимущество излучающих диодов перед другими источниками излучения?

13 В чем состоит основное отличие фотодиода от фоторезистора?

Дата добавления: 2015-05-06