Специальные типы диодов

• Стабилитроны(диод Зенера). Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

• Туннельные диоды(диодыЛео Эсаки). Диоды, существенно использующиеквантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.

• Варикапы. Используется то, что запертыйp—n-переходобладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от выставленного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости.

• Светодиоды(диоды Генри Раунда). В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако, выпускаются светодиоды и с излучением в ИК диапазоне, а с недавних пор — и в УФ.

• Полупроводниковые лазеры. По устройству близки к светодиодам, однако имеют лазерный резонатор, излучаюткогерентныйсвет.

• Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.

• Солнечный элемент. Подобен фотодиоду, но работает без смещения. Падающий на p-n переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока.

• Диоды Ганна. Используются для генерации и преобразования частоты вСВЧдиапазоне.

• Диод Шоттки. Диод с малым падением напряжения при прямом включении.

• Лавинно-пролётный диод

  . Диод, работающий за счётлавинного пробоя.

• Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

• Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.

• Смесительный диод— предназначен для перемножения двух высокочастотных сигналов.

• Лавинный диод— используется в качестве элементов защиты цепей.

• pin диод— содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.

Применение диодов Диодные выпрямители

Трёхфазный выпрямительЛарионоваА. Н. на трёх полумостах

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямительилидиодный мост(То есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 длятрёхфазнойполномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный

трёхфазный выпрямительпо схемеЛарионоваА. Н. на трёх параллельных полумостах применяется вавтомобильныхгенераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока сщёточно-коллекторным узломпозволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновыевыпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

Специальные типы диодов

• Стабилитроны(диод Зенера). Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

• Туннельные диоды(диодыЛео Эсаки). Диоды, существенно использующиеквантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.

• Варикапы. Используется то, что запертыйp—n-переходобладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от выставленного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости.

• Светодиоды(диоды Генри Раунда). В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако, выпускаются светодиоды и с излучением в ИК диапазоне, а с недавних пор — и в УФ.

• Полупроводниковые лазеры. По устройству близки к светодиодам, однако имеют лазерный резонатор, излучаюткогерентныйсвет.

• Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.

• Солнечный элемент. Подобен фотодиоду, но работает без смещения. Падающий на p-n переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока.

• Диоды Ганна. Используются для генерации и преобразования частоты вСВЧдиапазоне.

• Диод Шоттки. Диод с малым падением напряжения при прямом включении.

• Лавинно-пролётный диод. Диод, работающий за счётлавинного пробоя.

• Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

• Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.

• Смесительный диод— предназначен для перемножения двух высокочастотных сигналов.

• Лавинный диод— используется в качестве элементов защиты цепей.

• pin диод

  — содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.

Применение диодов Диодные выпрямители

Трёхфазный выпрямительЛарионоваА. Н. на трёх полумостах

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямительилидиодный мост(То есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для

трёхфазнойполномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодныйтрёхфазный выпрямительпо схемеЛарионоваА. Н. на трёх параллельных полумостах применяется вавтомобильныхгенераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока сщёточно-коллекторным узломпозволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновыевыпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

Виды и классификация диодов по типам, назначению, конструкции, материалам

Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом. Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым. Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.

Содержание статьи

Общая классификация

Диоды делятся на большие группы – неполупроводниковые и полупроводниковые.

Неполупроводниковые

Одной из наиболее давних разновидностей являются ламповые (электровакуумные) диоды. Они представляют собой радиолампы с двумя электродами, один из которых нагревается нитью накала. В открытом состоянии с поверхности нагреваемого катода заряды движутся к аноду. При противоположном направлении поля прибор переходит в закрытую позицию и ток практически не пропускает.

Еще одни вид неполупроводниковых приборов – газонаполненные, из которых сегодня используются только модели с дуговым разрядом. Газотроны (приборы с термокатодами) наполняются инертными газами, ртутными парами или парами других металлов. Специальные оксидные аноды, используемые в газонаполненных диодах, способны выдерживать высокие нагрузки по току.

Полупроводниковые

В основе полупроводниковых приборов лежит принцип p-n перехода. Существует два типа полупроводников – p-типа и n-типа. Для полупроводников p-типа характерен избыток положительных зарядов, n-типа – избыток отрицательных зарядов (электронов). Если полупроводники этих двух типов находятся рядом, то возле разделяющей их границы располагаются две узкие заряженные области, которые называются p-n переходом. Такой прибор с двумя типами полупроводников с разной примесной проводимостью (или полупроводника и металла) и p-n-переходом называется полупроводниковым диодом. Именно полупроводниковые диодные устройства наиболее востребованы в современных аппаратах различного назначения. Для разных областей применения разработано множество модификаций таких приборов.

Полупроводниковые диоды

Виды диодов по размеру перехода

По размерам и характеру p-n перехода различают три вида приборов – плоскостные, точечные и микросплавные.

Плоскостные детали представляют одну полупроводниковую пластину, в которой имеются две области с различной примесной проводимостью. Наиболее популярны изделия из германия и кремния. Преимущества таких моделей – возможность эксплуатации при значительных прямых токах, в условиях высокой влажности. Из-за высокой барьерной емкости они могут работать только с низкими частотами. Их главные области применения – выпрямители переменного тока, устанавливаемые в блоках питания. Эти модели называются выпрямительными.

Точечные диоды имеют крайне малую площадь p-n перехода и приспособлены для работы с малыми токами. Называются высокочастотными, поскольку используются в основном для преобразования модулированных колебаний значительной частоты.

Микросплавные модели получают путем сплавления монокристаллов полупроводников p-типа и n-типа. По принципу действия такие приборы – плоскостные, но по характеристикам они аналогичны точечным.

Материалы для изготовления диодов

При производстве диодов используются кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Наиболее распространенными являются первые три материала.

Очищенный кремний – относительно недорогой и простой в обработке материал, имеющий наиболее широкое распространение. Кремниевые диоды являются прекрасными моделями общего назначения. Их напряжение смещения – 0,7 В. В германиевых диодах эта величина составляет 0,3 В. Германий – более редкий и дорогой материал. Поэтому германиевые приборы используются в тех случаях, когда кремниевые устройства не могут эффективно справиться с технической задачей, например в маломощных и прецизионных электроцепях.

Виды диодов по частотному диапазону

По рабочей частоте диоды делятся на:

• Низкочастотные – до 1 кГц.
• Высокочастотные и сверхвысокочастотные – до 600 мГц. На таких частотах в основном используются устройства точечного исполнения. Емкость перехода должна быть невысокой – не более 1-2 пФ. Эффективны в широком диапазоне частот, в том числе низкочастотном, поэтому являются универсальными.
• Импульсные диоды используются в цепях, в которых принципиальным фактором является высокое быстродействие. По технологии изготовления такие модели разделяют на точечные, сплавные, сварные, диффузные.

Области применения диодов

Современные производители предлагают широкий ассортимент диодов, адаптированных для конкретных областей применения.

Выпрямительные диоды

Эти устройства служат для выпрямления синусоиды переменного тока. Их принцип действия основывается на свойстве устройства переходить в закрытое состояние при обратном смещении. В результате работы диодного прибора происходит срезание отрицательных полуволн синусоиды тока. По мощности рассеивания, которая зависит от наибольшего разрешенного прямого тока, выпрямительные диоды делят на три типа – маломощные, средней мощности, мощные.

• Слаботочные диоды могут использоваться в цепях, в которых величина тока не превышает 0,3 А. Изделия отличаются малой массой и компактными габаритами, поскольку их корпус изготавливается из полимерных материалов.
• Диоды средней мощности могут работать в диапазоне токов 0,3-10,0 А. В большинстве случаев они имеют металлический корпус и жесткие выводы. Производят их в основном из очищенного кремния. Со стороны катода изготавливается резьба для фиксации на теплоотводящем радиаторе.
• Мощные (силовые) диоды работают в цепях с током более 10 А. Их корпусы изготавливают из металлокерамики и металлостекла. Конструктивное исполнение – штыревое или таблеточное. Производители предлагают модели, рассчитанные на токи до 100 000 А и напряжение до 6 кВ. Изготавливаются в основном из кремния.

Диодные детекторы

Такие устройства получают комбинацией в схеме диодов с конденсаторами. Они предназначены для выделения низких частот из модулированных сигналов. Присутствуют в большинстве аппаратов бытового применения – радиоприемниках и телевизорах. В качестве детекторов излучения используются фотодиоды, преобразующие свет, попадающий на светочувствительную область, в электрический сигнал.

Ограничительные устройства

Защиту от перегруза обеспечивает цепочка из нескольких диодов, которые подключают к питающим шинам в обратном направлении. При соблюдении стандартного рабочего режима все диоды закрыты. Однако при выходе напряжения сверх допустимого назначения срабатывает один из защитных элементов.

Диодные переключатели

Переключатели, представляющие собой комбинацию диодов, которые применяются для мгновенного изменения высокочастотных сигналов. Такая система управляется постоянным электрическим током. Высокочастотный и управляющие сигналы разделяют с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Эффективную искрозащиту создают с помощью комбинирования шунт-диодного барьера, ограничивающего напряжение, с токоограничительными резисторами.

Параметрические диоды

Используются в параметрических усилителях, которые являются подвидом резонансных регенеративных усилителей. Принцип работы основан на физическом эффекте, который заключается в том, что при поступлении на нелинейную емкость разночастотных сигналов часть мощности одного сигнала можно направить на рост мощности другого сигнала. Элементом, предназначенным для содержания нелинейной емкости, и является параметрический диод.

Смесительные диоды

Смесительные устройства используются для трансформации сверхвысокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. Трансформация сигналов осуществляется, благодаря нелинейности параметров смесительного диода. В качестве смесительных СВЧ-диодов используются приборы с барьером Шоттки, варикапы, обращенные диоды, диоды Мотта.

Умножительные диоды

Эти СВЧ устройства используются в умножителях частоты. Они могут работать в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах длин волн. Как правило, в качестве умножительных приборов используются кремниевые и арсенид-галлиевые устройства, часто – с эффектом Шоттки.

Настроечные диоды

Принцип работы настроечных диодов основан на зависимости барьерной емкости p-n перехода от величины обратного напряжения. В качестве настроечных используются приборы кремниевые и арсенид-галлиевые. Эти детали применяют в устройствах перестройки частоты в сверхчастотном диапазоне.

Генераторные диоды

Для генерации сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне востребованы устройства двух основных типов – лавинно-пролетные и диоды Ганна. Некоторые генераторные диоды при условии включения в определенном режиме могут выполнять функции умножительных устройств.

Виды диодов по типу конструкции

Стабилитроны (диоды Зенера)

Эти устройства способны сохранять рабочие характеристики в режиме электрического пробоя. В низковольтных устройствах (напряжение до 5,7 В) используется туннельный пробой, в высоковольтных – лавинный. Стабилизацию невысоких напряжений обеспечивают стабисторы.

Стабисторы

Стабиистор, или нормистор, — это полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (примерно 0,7-2 V).

Диоды Шоттки

Устройства, применяемые в качестве выпрямительных, умножительных, настроечных, работают на базе контакта металл-полупроводник. Конструктивно они представляют собой пластины из низкоомного кремния, на которые наносится высокоомная пленка с тем же типом проводимости. На пленку вакуумным способом напыляется металлический слой.

Варикапы

Варикапы выполняют функции емкости, величина которой меняется с изменением напряжения. Основная характеристика этого прибора – вольт-фарадная.

Туннельные диоды

Эти полупроводниковые диоды имеют падающий участок на вольтамперной характеристике, возникающий из-за туннельного эффекта. Модификация туннельного устройства – обращенный диод, в котором ветвь отрицательного сопротивления выражена мало или отсутствует. Обратная ветвь обращенного диода соответствует прямой ветви традиционного диодного устройства.

Тиристоры

В отличие от обычного диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет третий управляющий электрод. Для этих моделей характерны два устойчивых состояния – открытое и закрытое. По устройству эти детали разделяют на динисторы, тринисторы, симисторы. При производстве этих изделий в основном используется кремний.

Симисторы

Симисторы (симметричные тиристоры) – это разновидность тиристора, используется для коммутации в цепях переменного тока. В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Динисторы

Динистором, или диодным тиристором, называется устройство, не содержащее управляющих электродов. Вместо этого они управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Их основное применение – управление мощной нагрузкой при помощи слабых сигналов. Также динисторы используют при изготовлении переключающих устройств.

Диодные мосты

Это 4, 6 или 12 диодов, которые соединяются между собой. Число диодных элементов определяется типом схемы, которая бывает – однофазной, трехфазной, полно- или полумостовой. Мосты выполняют функцию выпрямления тока. Часто используются в автомобильных генераторах.

Фотодиоды

Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.

Светодиоды

Эти устройства при подключении к электрическому току излучают свет. Светодиоды, имеющие широкую цветовую гамму свечения и мощность, применяются в качестве индикаторов в различных приборах, излучателей света в оптронах, используются в мобильных телефонах для подсветки клавиатуры. Приборы высокой мощности востребованы в качестве современных источников света в фонарях.

Инфракрасные диоды

Это разновидность светодиодов, излучающая свет в инфракрасном диапазоне. Применяется в бескабельных линиях связи, КИП, аппаратах дистанционного управления, в камерах видеонаблюдения для обзора территории в ночное время суток. Инфракрасные излучающие устройства генерируют свет в диапазоне, который не доступен человеческому взгляду. Обнаружить его можно с помощью фотокамеры мобильного телефона.

Диоды Ганна

Эта разновидность сверхчастотных диодов изготавливается из полупроводникового материала со сложной структурой зоны проводимости. Обычно при производстве этих устройств используется арсенид галлия электронной проводимости. В этом приборе нет p-n перехода, то есть характеристики устройства являются собственными, а не возникающими на границе соединения двух разных полупроводников.

Магнитодиоды

В таких приборах ВАХ изменяется под действием магнитного поля. Устройства используются в бесконтактных кнопках, предназначенных для ввода информации, датчиках движения, приборах контроля и измерения неэлектрических величин.

Лазерные диоды

Эти устройства, имеющие сложную структуру кристалла и сложный принцип действия, дают редкую возможность генерировать лазерный луч в бытовых условиях. Благодаря высокой оптической мощности и широким функциональным возможностям, приборы эффективны в высокоточных измерительных приборах бытового, медицинского, научного применения.

Лавинные и лавинно-пролетные диоды

Принцип действия устройств заключается в лавинном размножении носителей заряда при обратном смещении p-n перехода и их преодолении пролетного пространства за определенный временной промежуток. В качестве исходных материалов используются арсенид галлия или кремний. Приборы в основном предназначаются для получения сверхвысокочастотных колебаний.

PIN-диоды

PIN-устройства между p- и n-областями имеют собственный нелегированный полупроводник (i-область). Широкая нелегированная область не позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Однако зато PIN-диоды широко применяются в качестве смесительных, детекторных, параметрических, переключательных, ограничительных, настроечных, генераторных.

Триоды

Триоды – это электронные лампы. Он имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и управляющую сетку. Сегодня триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами. Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц высокой мощности при маленьком числе активных компонентов, а габариты и масса не имеют большого значения.

Маркировка диодов

Маркировка полупроводниковых диодных устройств включает цифры и буквы:

• Первая буква характеризует исходный материал. Например, К – кремний, Г – германий, А – арсенид галлия, И – фосфид индия.
• Вторая буква – класс или группа диода.
• Третий элемент, обычно цифровой, обозначает применение и электрические свойства модели.
• Четвертый элемент – буквенный (от А до Я), обозначающий вариант разработки.

Пример: КД202К – кремниевый выпрямительный диффузионный диод.

---

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

---

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

4.4. Специальные типы диодов.

Кроме рассмотренных выше диодов, предназначенных как правило для выпрямления переменного тока или использования в иных преобразователях,

существуют также диоды, предназначенные для выполнения иных функций.

Условные обозначения, особенности ВАХ и основные функции этих диодов сведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3.

№	Тип диода	Условное обозначение	ВАХ	Область примененния, литература
1	Стабилитрон			Применяется в стабилизаторах, источниках опорного напряжения, ограничителях перенапряжений. Подробная информация [1], с.118 [2], с. 59 [5] с. 2-9
2	Туннельный диод			Схемы усиления, генераторы электрических сигналов Подробная информация [1], с. 117, [2] с.60, [6].
3	Светодиод			Системы освещения, хвостовые сигнальные фонари вагонов, системы индикации и сигнализации, деталь оптронов и оптоволоконных линий связи [2], с.60
4	Фотодиод			Датчики света и датчики положения, компьютерные мыши, детали оптронов и оптоволоконных линий [2], с.60
5	Варикап			Применяются в качестве электрически управляемых конденсаторов [4], с.9
6	Обращенный диод			Применяется в специальных услових в системах управления

Информацию по диодам специального типа можно найти в указанных источниках

5. Транзисторы

Транзистор – это полностью управляемый полупроводниковый прибор, позволяющий производить усиление электрических сигналов.

Транзисторы бывают следующих видов:

5.1. Биполярные транзисторы

Наиболее часто в технике применяются биполярные транзисторы.

Конструктивно биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с проводимостью типа n-p-n или p-n-p.

Выводы биполярного транзистора называются соответственно эмиттером, коллектором и базой. Исторически первые биполярные танзисторы были получены в 1949 году В. Шокли. Первые транзисторы были преимущественно p-n-p типа и изготавливались по сплавной технологии. В настоящее время большинство транзисторов n-p-n типа, так как они более удобны схемотехнически

Транзистор строится таким образом, чтоб в трехслойной структуре наиболее тонким слоем был базовый – его ширина не превышает длины свободного пробега носителей заряда — 10-20 мкм. При этом концентрация примесей (степень легирования) в базе значительно ниже, чем в эмиттере и в коллекторе.

Основное свойство такой трехслойной структуры заключается в том, что поводя через переход база- эмиттер небольшой ток, можно изменять ток коллектора, значительно превышающий ток базы.

Принцип действия транзистора обычно поясняется на следующей схеме:

Источники ЭДС Еб и Ек подключены к эмиттеру и коллектору соответственно, общей точкой является база.

Когда величина напряжения на базе равна нулю, то ток в цепи коллектора пе протекает (так как переход б-к смещен в обратном направлении ) что соответствует обратному включению диода. При ненулевом значении э.д.с. в цепи базы через базу начинает протекать ток. Этот ток в основном состоит из дырок р-обрасти (эмиттера), а величина тока определяется вольтамперной характеристикой перехода база-эмиттер. Так как толщина базового слоя очень мала, то дырки (транзистор типа р-n –р) или электроны ( транзистор n-p-n) могут попасть в зону действия электрического поля перехода база-коллектор. Собственно ток вывода базы невелик. (ранее упоминалось, что толщина базы меньше длины свободного пробега носителей заряда). Попавшие в слой базы неосновные носители захватываются электрически полем коллектора и перебрасываются в область коллектора, где они являются основными .Регулируя ток базы, можно увеличить количество инжектированных в область базы носителей, и соответственно уменьшить сопротивление перехода база-коллектор. Отношение тока коллектора к току эмиттера называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера

(5.1.)

При работе с малыми переменными сигналами обычно используется дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера

(5.2)

Считается , что при небольшом сигнале, т.е. небольшом изменении тока базы =А.

В современных транзисторах  = 0.95- 0.99

Приведенная схема включения транзистора называется схемой с общей базой. Такая схема удобна для пояснения принципа действия транзистора, и хороша для усиления напряжения, но не тока. Она не обеспечивает усиления слабого сигнала, так как полный ток коллектора протекает по цепи источника Еб. Обычно же источник Еб не может обеспечить протекание полного тока эмиттера. Поэтому применяются другие схемы- с общим эмиттером и с общим коллектором

Схемы включения биполярных транзисторов

Статические характеристики транзистора

*Если принцип действия транзистора непонятен, то для представления можно использовать следующую модель. Она не дает 100% соответствия характеристик транзистора, но более удобна для понимания

Модель состоит из реостата (R), электродвигателя (Д) пружины (П), источников питания Eб и Ек, дополнительного внешнего сопротивления Rк. Модель работает следующим образом: При отсутствии тока базы (Iб=0) электродвигатель не создает момента, поэтому под действием пружины движок реостата перемещен вверх. Сопротивление реостата максимально, поэтому ток через сопротивление Rк (коллектора) минимален. Вольтамперная характеристика реостата (см. рис.) представляет собой прямую линию, идущую из центра координат , определяемую по закону Ома.() и представляет собой линию 1. При увеличении управляющего токаIб (базы) электродвигатель развивает момент и наматывая на вал шнур тянет движок реостата вниз, до достижения равновесия между силой пружины и силой создаваемой моментов двигателя. При этом вольтамперная прямая поднимается более круто(линия2). Изменяя ток двигателя, можно получить семейство вольтамперных характеристик.

Для примера на рисунке штриховыми линиями нанесены реальные вольтамперные характеристики транзистора (статические выходные).Основное их отличие от характеристик модели состоит в том, что они не являются линейными представляют кривые линии, так как сопротивление между коллектором и эмиттером само зависит от тока коллектора. Однако общий характер их изменения при изменении тока управления схож, как схожа и физическая сущность превращения энергии – как в реостате, так и в транзисторе она переходит только в тепло. Таким образом, правда с серьезными допущениями транзистор можно считать реостатом, управляемым током базы.

Другие специальные типы диодов

Добавлено 22 июля 2017 в 10:10

Сохранить или поделиться

Варикапы или варакторы

Диод с переменной емкостью известен как варикап или варактор. Если диод смещен в обратном направлении, между двумя полупроводниковыми слоями образуется изолирующая обедненная область. Во многих диодах толщина обедненной области может быть изменена путем изменения обратного смещения. Это меняет и емкость. Этот эффект усилен в варикапах. Условные графические обозначения показаны на рисунке ниже, одно из них соответствует сдвоенному диоду с общим катодом.

Варикап: вместе с обратным смещением меняется емкость. Это изменяет частоту резонансного контура.

Если варикап является частью резонансного контура, как показано на рисунке выше, то резонансную частоту можно изменять с помощью управляющего напряжения, V_упр. Конденсатор большой емкости с низким X_C, включенный последовательно с варикапом, предотвращает замыкание V_упр через индуктивность L на корпус. Так как этот конденсатор имеет большую емкость, он оказывает минимальное влияние на частоту резонансного контура. C_дополн может использоваться для установки центральной резонансной частоты. V_упр может затем изменять частоту относительно этой точки. Обратите внимание, что на рисунке не показана активная схема, необходимая для генерации сигнала на резонансной частоте. Пример схемы настройки AM радиоприемника с помощью варикапа приведен в главе 9 («электронная настройка на варикапе»).

Некоторые варикапы при изменении обратного смещения очень резко изменяют емкость перехода. Эти диоды обеспечивают относительно большое изменение емкости. Это полезно, когда генераторы или фильтры перестраиваются в большом диапазоне частот. Изменение смещения в номинальном диапазоне у таких «резких» варикапов изменяет емкость в соотношении 4:1, у «гиперрезких» варикапов – 10:1, у «супер гиперрезких» варикапов – 20:1.

Варакторы могут использоваться в схемах умножителей частоты.

Диоды с накоплением заряда

Диоды с накоплением заряда (ДНЗ), также известные как SRD (step recovery diode) диоды, предназначены для использования в умножителях частоты с большими коэффициентами умножения на частотах до 20 ГГц. Когда диод смещен в прямом направлении, заряд сохраняется в PN переходе. Этот заряд вытекает, когда диод смещен в обратном направлении. При прямом смещении SRD диод выглядит как источник тока с низким внутренним сопротивлением. Когда прикладывается обратное смещение, он всё еще выглядит как источник с низким сопротивлением до тех пор, пока весь заряд не будет снят. Затем SRD диод «защелкивается» в состояние высокого импеданса, вызывая импульс напряжения, богатый гармониками. Применение SRD диодов – это генератор «гребенки», большого количества гармоник, и модифицированные умножители 2x и 4x.

PIN диоды

PIN диод представляет собой быстродействующий переключающий диод с низкой емкостью. Не путайте переключающий PIN диод с PIN фотодиодом. PIN диод изготавливается подобно переключающему кремниевому диоду с областью из собственного полупровдника, добавленной между слоями PN-перехода. Это дает более толстую обедненную область, изолирующий слой в переходе диода, к которому приложено обратное смещение. Это приводит к более низкой емкости, чему у переключающего диода с обратным смещением.

PIN диод: поперечное сечение и соответствующее ему условное обозначение

PIN диоды используются в качестве коммутирующих диодов в радиочастотных приложениях. Сообщается, что диод общего назначения 1n4007, 1000 В, 1 А можно использовать в качестве коммутирующего PIN диода. Высокое номинальное напряжение этого диода достигается за счет включения внутреннего слоя из собственного полупроводника, разделяющего PN-переход. Этот собственный слой делает 1n4007 PIN диодом. Другое применение PIN диода – антенный переключатель.

PIN диоды при изменении прямого смещения служат в качестве переменных резисторов. Одних из таких применений является аттенюатор переменного напряжения. Низкая емкость PIN диодов расширяет частотный диапазон аттенюатора до СВЧ диапазона.

Лавинно-пролетные диоды (IMPATT диоды)

Лавинно-пролетный диод (IMPATT, IMPact Avalanche Transit Time) – это мощный радиочастотный генератор, работающий на частотах от 3 до 100 ГГц. IMPATT диоды изготавливаются из кремния, арсенида галлия или карбида кремния.

К лавинно-пролетному (IMPATT) диоду прикладывается обратное смещение выше напряжения пробоя. Высокие уровни легирования дают тонкую обедненную область. Полученное высокое электрическое поле быстро ускоряет носители заряда, освобождающие других носителей заряда при столкновениях с кристаллической решеткой. Дырки попадают в область P⁺. Электроны дрейфуют в сторону N областей. Каскадный эффект создает лавинный ток, который увеличивается, даже когда напряжение на переходе уменьшается. Импульсы тока отстают от пиков напряжения на переходе. Эффект «отрицательного сопротивления» в сочетании с резонансным контуром создает колебания на высоких уровнях мощности (высоких для полупроводников).

Лавинно-пролетный (IMPATT) диод: схема генератора и сильно легированные P и N слои.

Резонансный контур на принципиальной схеме, изображенной на рисунке выше, представляет собой эквивалентную схему секции волновода, в которой установлен лавинно-пролетный (IMPATT) диод. Обратное смещение постоянным напряжением подается через дроссель, который предотвращает потери радиочастотного сигнала в источнике смещения. Это может быть секция волновода, известная как тройник смещения. Маломощные передатчики радаров могут использовать лавинно-пролетный (IMPATT) диод в качестве источника сигнала. Для использования в приемниках эти диоды слишком шумны.

Диод Ганна

Диод Ганна состоит исключительно из полупроводника N-типа. Таким образом, он не является настоящим диодом. На рисунке ниже показан слабо легированный слой N^–, окруженный сильно легированными слоями N⁺. Напряжение, прикладываемое к диоду Ганна из арсенида галлия N-типа, создает сильное электрическое поле в слабо легированном слое N^–.

Диод Ганна: схема генератора и поперечное сечение диода из полупроводника только N-типа.

По мере увеличения напряжения проводимость возрастает из-за электронов в низкоэнергетической зоне проводимости. Когда напряжение превысит порог, примерно равный 1 В, электроны начнут перемещаться из нижней зоны проводимости к более высокоэнергетической зоне проводимости, где они больше не способствуют провдимости. Другими словами, по мере увеличения напряжения ток уменьшается, явление отрицательного сопротивления. Частота колебаний определяется временем прохождения электронов проводимости, которое находится в обратной зависимости от толщины N^– слоя.

Частоту в некоторой степени можно контролировать, поместив диод Ганна в резонансный контур. Эквивалентная схема, показанная на рисунке выше, на самом деле является коаксиальной линией передачи или волноводом. Диоды Ганна из арсенида галлия способны работать в диапазоне от 10 до 200 ГГц при мощностях от 5 до 65 мВт. Диоды Ганна также могут служить в качестве усилителей.

Диод Шокли

Диод Шокли представляет собой четырехслойный тиристор, используемый для запуска больших тиристоров. Он проводит ток только в одном направление, когда он открыт напряжением, превышающим напряжение включения, около 20 В. Для более подробной информации смотрите главу 7 «Тиристоры», раздел «Диод Шокли». Двунаправленная версия называется динистором, диак.

Диоды постоянного тока (SRD диоды)

Диод постоянного тока, также известный как токоограничивающий диод, или токорегулирующий диод, или SRD диод, делает именно то, что подразумевает его название: он ограничивает протекающий через него ток до некоторого максимального уровня. Диод постоянного тока представляет собой двухвыводную версию полевого (JFET) транзистора. Если мы попытаемся увеличить ток, протекающий через этот диод, выше его точки регулирования, он будет просто «сдерживать» его, увеличивая падение напряжения. Если бы мы собрали схему на рисунке ниже (a) и построили бы график зависимости тока диода от напряжения на нем, то получили бы график, который сначала поднимается, а затем выравнивается в точке регулирования тока, как показано на рисунке ниже (b).

Диод постоянного тока (SRD диод): (a) тестовая схема, (b) вольт-амперная характеристика.

Применение диодов постоянного тока (SRD диода) заключается в автоматическом ограничении тока, протекающего через светодиод или лазерный диод, в широком диапазоне напряжения питания, как показано на рисунке ниже.

Применение SRD диода (токоограничивающего диода): управление питанием лазерного диода.

Конечно, точка регулирования токоограничивающего (SRD) диода должна быть выбрана так, чтобы соответствовать оптимальному прямому току светодиода или лазерного диода. Это особенно важно не для светодиодов, а для лазерных диодов, поскольку обычные светодиоды более терпимы к изменениям прямого тока.

Оригинал статьи:

Теги

PIN диодSRD диод (токоограничивающий диод)ВаракторВарикапДинистор / PNPN диод / диод ШоклиДиодДиод ГаннаДиод с накоплением зарядаЛавинно-пролетный диод (IMPATT диод)УчебникЭлектроника

Сохранить или поделиться

Виды диодов, характеристики, применение

Официальное определение диода гласит, что это элемент, который имеет различную проводимость, в зависимости от того, в каком направлении течёт электрический ток. Его использование необходимо в цепях, нуждающихся в ограничении пути его следования. Данная статья более подробно расскажет об устройстве диода, а также о том, какие существуют виды и как их различать.

История появления

Работы, связанные с диодами, начали вести параллельно сразу два учёных — британец Фредерик Гутри и немец Карл Браун. Открытия первого были основаны на ламповых диодах, второго — на твердотельных. Однако развитие науки того времени не позволило совершить большой рывок в этом направлении, но дали новую пищу для ума.

Затем через несколько лет открытие диодов заново произвёл Томас Эдисон и в дальнейшем запатентовал изобретение. Однако по каким-то причинам, в своих работах применения ему на нашлось. Поэтому развитие диодной технологии продолжали другие учёные в разные годы.

Кстати, до начала 20 века диоды назывались выпрямителями. Затем учёный Вильям Генри Иклс применил два корня слов — di и odos. Первое с греческого переводится как «два», второе — «путь». Таким образом, слово «диод» означает «два пути».

Принцип работы и основные сведения о диодах

Диод имеет два электрода — анод и катод. Если анод обладает положительным потенциалом по отношению к катоду, то диод становится открытым. То есть, ток проходит и имеет малое сопротивление диода.

Если же на катоде находится положительный потенциал, то значит диод не раскрыт, обладает большим сопротивлением и не пропускает электрический ток.

Как устроен диод?

В основном, корпус элемента изготовлен из стекла, металла или керамических соединений. Под покрытием расположены два электрода. Самый простой диод содержит в себе нить малого диаметра.

Внутри катода может находится особая проволока. Она обладает свойством нагреваться под воздействием электрического тока и называется «подогреватель».

Вещества, используемые при изготовлении, чаще всего кремний или германий. Одна сторона элемента обладает нехваткой электронов, вторая — наоборот их переизбытком. Между ними существует граница, которая и обеспечивает p-n переход. Именно он позволяет проводить ток в нужном направлении.

Характеристики диодов

При выборе элемента в основном ориентируются на два показателя — предельное обратное напряжение и максимальная сила тока.

Использование диодов в быту

Один из ярких примеров использования диодов — автомобильный генератор. В нем размещён комплекс из нескольких таких элементов, который называется «диодный мост».

Также элементы активно применяются в телевизорах или радиоприёмниках. В соединении с конденсаторами диоды могут выделять частоты из разнообразных модулированных сигналов.

Очень часто комплекс из диодов используется в схемах для защиты потребителей от поражения электрическим током.

Также стоит сказать о том, что любой блок питания многих электронных устройств обязательно содержит диоды.

Виды диодов

В основном, элементы можно разделить на две группы. Первая — вид полупроводниковых диодов, вторая — не полупроводниковые.

Широкое распространение получила именно первая группа. Название происходит от материалов, из которых изготовлен диод: два полупроводника либо полупроводник с металлом.

Также имеется целый ряд специальных видов диодов, которые применяются в особых схемах и приборах.

Диод Зенера или стабилитрон

Данный вид характерен тем, что при возникновении пробоя происходит резкое увеличение тока с высокой точностью. Эту особенность применяют в стабилизации напряжения.

Туннельный

Если говорить простыми словами, то данный вид диодов образует отрицательное сопротивление на вольт-амперной характеристике. Применяется в основном в усилителях и генераторах.

Обращённый диод

Обладает свойством значительно понижать напряжение в открытом режиме. Это также основано на туннельном эффекте, подобному предыдущему диоду.

Варикап

Относится к виду диодов полупроводниковых, которые обладают повышенной ёмкостью, управляемой электрически в случае изменения обратного напряжения. Используется в настройке и калибровке колебательных контуров.

Светодиод

Особенность данного типа диодов заключается в том, что он излучает свет при течении тока в прямом направлении. В современном мире применяется практически везде, где требуется освещение с экономичным источником света.

Фотодиод

Имеет обратные предыдущему экземпляру свойства. То есть, начинает вырабатывать электрический заряд при попадании на него света.

Маркировка

Для того чтобы определить вид, узнать характеристику полупроводникового диода, производители наносят специальные обозначения на корпус элемента. Она состоит из четырёх частей.

На первом месте — буква или цифра, означающая материал, из которого изготовлен диод. Может принимать следующие значения:

• Г (1) — германий;
• К (2) — кремний;
• А (3) — арсенид галлия;
• И (4) — индий.

На втором — типы диода. Они тоже могут иметь разное значение:

• Д — выпрямительные;
• В — варикап;
• А — сверхвысокочастотные;
• И — туннельные;
• С — стабилитроны;
• Ц — выпрямительные столбы и блоки.

На третьем месте располагается цифра, указывающая на область применения элемента.

Четвёртое место — числа от 01 до 99, означающее порядковый номер разработки.

Также на корпус могут быть нанесены и дополнительные обозначения. Но, как правило, они используются в специализированных приборах и схемах.

Для удобства восприятия диоды могут маркироваться также и разнообразными графическими символами, например, точками и полосками. Особой логики в таких рисунках нет. То есть, чтобы определить, что это за диод, придется заглянуть в специальную таблицу соответствия.

Триоды

Данный вид электронных элементов чем-то схож с диодом, однако выполняет другие функции и имеет свою конструкцию.

Основное различие между диодом и триодом в том, что последний имеет три вывода и в его отношении чаще используется название «транзистор». Принцип работы основан на управлении токами в выходных цепях с помощью небольшого сигнала.

Диоды и триоды (транзисторы) применяются практически в каждом электронном устройстве. В том числе и процессорах.

Плюсы и минусы

Перед заключением можно обобщить всю информацию о диодах и составить список их преимуществ и недостатков.

Плюсы:

• Невысокая цена диодов.
• Отличный КПД.
• Высокий ресурс работы.
• Маленькие размеры, что позволяет удобно их размещать на схемах.
• Возможность использования диода в переменном токе.

Из минусов, пожалуй, можно выделить то, что не существует полупроводникового типа для высоких напряжений в несколько киловольт. Поэтому придется применять более старые ламповые аналоги. Также воздействие высоких температур неблагоприятно сказывается на работе и состоянии элемента.

Немного интересных сведений о диодах

Первые экземпляры выпускались с применением малой точности. Поэтому разброс получившихся характеристик диодов был очень большим, вследствие чего уже готовые приборы приходилось, что называется, «разбраковывать». То есть, некоторые диоды, казалось бы, одной серии могли получить совершенно разные свойства. После отсева, элементы маркировались в соответствии с фактическими характеристиками.

Диоды, изготовленные в стеклянном корпусе, имеют одну интересную особенность — чувствительность к свету. То есть если прибор, в составе которого имеется такой элемент, имеет открывающуюся крышку, то работать вся схема может по-разному в закрытом и открытом состоянии.

Заключение

В общем, чтобы полностью понять и разобраться, как правильно применять и где использовать диоды, нужны изучить больше литературы. Для определения типа элемента на глазок потребуется соответствующий опыт. Ну а новичкам в этом могут помочь таблицы и справочники по маркировкам.

Также необходимо иметь хотя бы базовые представления об электрическом токе, его свойствах. Конечно, это все проходилось в школе, но кто сейчас навскидку сможет вспомнить даже закон Ома?

Поэтому без базовых знаний нырять в мир электроники будет очень проблематично.

Специальные типы полупроводниковых диодов — реферат, курсовая работа, диплом, 2017

• Варикапы

 

 Варикап (от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acity) — «ёмкость») — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др. Схематическое изображение варикапа дано на рис.1 а.

 При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны вглубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

 Теоретическое значение ёмкости варикапа можно определить по формуле

        

где С0- начальная ёмкость варикапа при UВ=0, UВ- напряжение на варикапе, ψк- контактная разность потенциалов. Вольт-фарадная характеристика варикапа КВ117А приведена на

рис. 1 б.

 Основными параметрами варикапа являются: его начальная ёмкость С0, добротность QC, коэффициент перекрытия по ёмкости КС.

 Добротность варикапа определяется отношением реактивной мощности варикапа Q к мощности P:

 

  График зависимости добротности варикапа КВ117А от частоты приведён на рис. 2.

 Коэффициент перекрытия по ёмкости определяется как отношение максимальной ёмкости 

 

Cmax варикапа к его минимальной ёмкости Cmin:

 

 Кроме этого, часто указывают температурный коэффициент ёмкости варикапа αc=ΔC/ΔT и предельную частоту fпред, при которой добротность варикапа снижается до Q=1.

 Варикапы находят применение в различных электронных схемах: модуляторах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настройкой, параметрических усилителях и генераторах и др. На рис. 3 показана схема резонансного контура с электронной перестройкой при помощи постоянного напряжения Uп. Напряжение перестройки подаётся в среднюю точку двух встречно последовательно включённых варикапов VD1 и VD2 через дополнительный резистор Rд. Такое включение варикапов позволяет увеличить крутизну перестройки и устраняет необходимость применения разделительного конденсатора. Специально для таких схем отечественной промышленностью выпускаются сдвоенные варикапы типов КВС111 и КВС120.

 

 

• Стабилитроны

 

 Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

 Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В.

 На рис. 4 а показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 4 б приведены их вольт-амперные характеристики.

 

2

 Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. На рис. 4 б штриховой линией показано перемещение вольт-амперных характеристик при увеличении температуры. 

Очевидно, что повышение температуры увеличивает напряжение лавинного пробоя при Uст>5 В и уменьшает его при Uст<5. Иначе говоря, стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5 В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а при Uст<5- отрицательный. При Uст=6…5 В ТКН близок к нулю.

 Схема включения стабилитрона показана на рис. 5.

Основными параметрами стабилитронов являются:

— напряжение стабилизации Uст;

— температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКНст;

— допустимый ток через стабилитрон Iст.доп;

— дифференциальное сопротивление стабилитрона rст.

 Кроме того, для импульсных стабилитронов нормируется время включения tвкл, а для двухсторонних стабилитронов нормируется несимметричность напряжений стабилизации ΔUст=Uст1-Uст2.

 

• Туннельные диоды

 Туннельный диод – это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка с отрицательной дифференциальной проводимостью.

Обычные диоды при увеличении прямого напряжения монотонно увеличивают пропускаемый ток. В туннельном диоде квантово-механическое туннелирование электронов добавляет горб в вольтамперную характеристику, при всём этом, из-за высокой степени легирования p и n областей, напряжение пробоя уменьшается практически до нуля. Туннельный эффект позволяет электронам преодолеть энергетический барьер в зонe

 перехода с шириной 50..150 Å при таких напряжениях, когда зона проводимости в n-области имеет равные энергетические уровни с валентной зоной р-области. При дальнейшем увеличении прямого напряжения уровень Ферми n-области поднимается относительно р-области, попадая на запрещённую зону р-области, а поскольку туннелирование не может изменить полную энергию электрона, вероятность перехода электрона из n-области в p-область резко падает. Это создаёт на прямом участке вольт-амперной характеристики (см. рис. 6) участок, где увеличение прямого напряжения сопровождается уменьшением силы тока. Данная область отрицательного дифференциального сопротивления и используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов.

 Схема генератора на туннельном диоде с указанием рабочей точки на ВАХ приведена на рис. 7. 

 

 

• Обращённые диоды

 

Обращённый диод — полупроводниковый диод, на свойства которого значительно влияет туннельный эффект в области p-n перехода. В отличие от туннельного диода вольт-амперная характеристика обращённого диода практически не имеет «горба», что обусловлено немного меньшей, чем у туннельного диода, концентрацией примесей в полупроводнике. Из-за неполного легирования обладает значительной температурной зависимостью.

 Обращённый диод применяется в высокочастотных схемах детектирования слабых сигналов, а также в смесителях СВЧ сигналов. При этом максимальное рабочее обратноe напряжение может лежать в пределах от 0,1 до 0,7 В.

 

• Фотодиоды

 

 Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n.

Фотодиод может работать в двух режимах:

1) фотогальванический — без внешнего напряжения:

2) фотодиодный — с внешним обратным напряжением.

 Параметры фотодиода:

— чувствительность, отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

       

    

— шумы, помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

 Характеристики фотодиода:

— вольт-амперная характеристика (ВАХ)- зависимость выходного напряжения от входного тока, изображена на рис. 9 б;

— спектральные характеристики- зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения;

— световые характеристики- зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока;

— постоянная времени- это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению;

— темновое сопротивление- сопротивление фотодиода в отсутствие освещения;

— инерционность.

 

 

• Светоизлучающие диоды

 

 Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

 В обычных диодах рекомбинация электронов и дырок происходит с выделением тепла, т.е. без светового излучения. Такая рекомбинация называется фононной. В светодиодах преобладает рекомбинация с излучением света, которая называется фотонной.

 Условное схематическое изображение светодиода и его спектральные характеристики приведены на рис. 10.

 

 

• Инжекционные лазеры

 

 Инжекционный лазер- это диод с монохроматическим излучением. Когерентное монохроматическое излучение обеспечивается стимулированной фотонной рекомбинацией, которая возникает при инжекции носителей заряда при определённом токе. Минимальный ток, при котором преобладает стимулированная фотонная рекомбинация, называется пороговым. При увеличении тока выше порогового значения происходит ухудшение монохроматического излучения.