Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды

Стабилитроны, варикапы, светодиоды и фотодиоды

1) Стабилитроны

2) Варикапы

3) Фотодиоды

4) Светодиоды

1) Стабилитроны. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. Стабилизация – поддержание какого-то

уровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Прин-

цип действия стабилитрона основан на том, что на его вольт-амперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.

Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в по- лупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой.

Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включает- ся обратным включением (смотрите рисунок 40).

Резистор Ro задаёт ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка к среднему значению между Iст.min и Iст.max. Такое значение тока называется номинальным то- ком стабилизации.

Принцип действия. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro может уменьшаться, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутся постоянными, исходя из вольтамперной характеристики. При увеличении входного напряже- ния ток через стабилитрон и URo увеличивается, а напряжение на нагрузке всё равно остаётся постоянным и равным напряжению стабилизации.

Вывод: стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст.min до Iст.max.

Основные параметры стабилитронов:

Напряжение стабилизации Uст.

Минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст.min, Iст.- max, Iст.ном. (смотрите рисунок 42).

ΔUст. – изменение напряжения стабилизации.

Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации:

Rcт = DUcт =

DIcт

DUcт

Icт.max - Icт.min

Температурный коэффициент стабилизации

aст =

DUcт

Ucт × Dt

×100%

DUcт.t = Ucт'-Ucт

Dt = t 2 0

- t10

Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисто- рами.

Стабисторы – для стабилизации напряжения менее 3В, и у них используется прямая ветвь

ВАХ (смотрите рисунок 44).

Применяются стабисторы в прямом включении.

2) Варикапы.

Варикапом называется полупроводниковый диод, у которого в качестве основного параметра

используется барьерная ёмкость, величина которой варьируется при изменении обратного напряжения. Следовательно, варикап применяется как конденсатор переменной ёмкости, управляемый напряжением.

Принцип действия. Если к p-n переходу приложить обратное напряжение, то ширина потен- циального барьера увеличивается.

Сб = e ×eо × Sp - n

DХ

При подключении обратного напряжения ширина перехода ΔХ увеличивается, следовательно, барьерная ёмкость будет уменьшаться. Основной характеристикой варикапов является вольт- фарадная характеристика С=f(Uобр).

Основные параметры варикапов.

Максимальное, минимальное и номинальное значение ёмкости варикапа.

C max

Коэффициент перекрытия k = - отношение максимальной ёмкости к минимальной.

C min

Максимальное рабочее напряжение варикапа.

3) Фотодиоды. Фотодиодом называется фотогальванический приёмник излучения, светочув- ствительный элемент которого представляют собой структуру полупроводникового диода без внутреннего усиления.

Принцип действия. При облучении полупроводника световым потоком Ф возрастает фотоге- нерация собственных носителей зарядов (смотрите рисунок 47), что приводит к увеличению количества как основных, так и неосновных носителей зарядов.

Однако фотогенерация в значительной степени будет влиять на обратный ток, так как не основных носителей зарядов значительно меньше, чем основных.

Для фотодиодов Iобр – это фототок. Зависимость фототока Iф от величины светового потока

Iф=f(Ф) (смотрите рисунок 49).

Спектральная характеристика – это зависимость фототока от длины волны светового излуче- ния Iф=f(λ).

Темновой ток – ток через фотодиод при отсутствии светового потока и при заданном рабочем напряжении.

Интегральная чувствительность – это отношение фототока к световому потоку

S = Iф .

Ф

Рабочее напряжение – это обратное напряжение, подаваемое на фотодиод, при котором все

параметры фотодиода будут оптимальными.

4) Светодиоды. Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения. Принцип действия. При прямом включении основные носители заряда переходят через p-n переход и там рекомбинируют. Рекомбинация связана с выделением энергии. Для большинства полупроводниковых материалов это энергия тепловая. Только для некоторых ти- пов на основе арсенида галлия ширина запрещённой зоны ΔW достаточно велика, и длина волны лежит в видимой части спектра.

l = h

DW

При обратном включении через p-n переход переходят неосновные носители заряда в область,

где они становятся основными. Рекомбинация и свечение светодиода отсутствуют. Основные характеристики:

а) Яркостная характеристика – это мощностная зависимость излучения от прямого тока

Pu=f(Iпр).

б) Спектральная характеристика – это зависимость мощности излучения от длины волны

Pu=f(λ).

Основные параметры: яркость свечения при максимальном прямом токе; полная мощность излучения Pu.max.