Биполярные и полевые транзисторы.

2.1. Полупроводниковый стабилитрон

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, у которого на обратной ветви ВАХ имеется участок, расположенный в области электрического пробоя. На этом участке напряжение очень слабо зависит от тока, что и используется в практических целях для стабилизации напряжения при изменении в некоторых пределах тока через диод (рис. 2.1). Для изготовления стабилитронов используют кремний, поскольку кремниевые p-n переходы имеют небольшие обратные токи, не приводящие к саморазогреву полупроводника в области электрического пробоя. Напряжение пробоя U_{обр. ПР}, являющееся напряжением стабилизации U_СТ, зависит от параметров исходного полупроводника и технологии его обработки.

Стабилитроны включают в цепи постоянного тока, как показано на рис. 2.1, в.

Основными параметрами стабилитрона являются:

- U_ст - напряжение стабилизации при указанном номинальном токе стабилизации;

- I_ст._min, I_ст._max - минимальный и максимальный токи на участке стабилизации;

- дифференциальное сопротивление - характеризует степень стабильности напряжения стабилизации при изменении тока стабилизации;

- температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) α _СТ , который определяет изменение в процентах напряжения U _СТ при изменении температуры окружающей среды на 1 ^○С:

при I _СT = const. Для кремниевых стабилитронов ТКН зависит от величины напряжения стабилизации: при U _СТ < 5,4 B он отрицателен, а при U _СТ > 5,4 B – положителен.

Стабилитроны включают в цепи постоянного тока, как показано на рис. 2.1, в. Эта схема носит название «параметрический стабилизатор напряжения».

Основные расчетные соотношения:

E_ср = 0,5(E_min + E_max) - среднее напряжение стабилизируемого источника;

I_ср = 0,5(I_min + I_max) - средний ток стабилитрона.

Ток нагрузки I_Н = U_CT / R_H. Сопротивление ограничительного резистора

R_ОГР = (Е_СР + U_СТ ) / (I_CT + I_H).

Кроме обычных стабилитронов промышленностью выпускаются двухсторонние стабилитроны, имеющие симметричную вольт–амперную характеристику относительно оси токов. При этом напряжение стабилизации при прямом смещении стабилитрона равно напряжению стабилизации при обратном смещении.

Стабисторы – это полупроводниковые диоды, прямое напряжение на которых слабо зависит от тока в заданном диапазоне, то есть стабисторы работают на прямой ветви ВАХ (рис. 2.2).

Основные параметры стабисторов: U_ст = 0,7 В; I_ст = 1… - несколько десятков мА.

Особенность стабисторов состоит в том, что они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения: с ростом температуры уменьшается U_ст. Поэтому стабисторы являются термостабилизирующими элементами. Их соединяют последовательно со стабилитронами, у которых температурный коэффициент напряжения положительный.

2.2. Полупроводниковые излучающие диоды (светодиоды)

Светодиоды представляют собой полупроводниковые приборы с прямосмещенным p-n переходом, который излучает свет, вызванный рекомбинацией носителей заряда, прошедших электронно-дырочный переход. Как известно, рекомбинация характеризуется переходом электрона из зоны свободных уровней на уровни валентной зоны. При этом при переходе электрона на более низкий энергетический уровень происходит излучение кванта света. Этот процесс свойственен всем полупроводникам. Но в германии и кремнии излучаемая энергия мала из-за малой ширины запрещенной зоны ∆W_З. Излучение видимого света при рекомбинации носителей заряда генерируют полупроводниковые материалы, имеющие большую, чем у германия и кремния, ширину запрещенной зоны. Например, фосфид галлия GaP имеет ∆W_З = 2,2 эВ, арсенид галлия GaAs - ∆W_З = 1,5 эВ, карбид кремния SiC - ∆W_З = 2,3 …3,1 эВ. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется разностью энергий уровней, между которыми происходит преимущественный переход электронов при рекомбинации. Эта разность может быть близка к ширине запрещенной зоны (как в арсениде галлия – инфракрасное излучение) или меньше (как в фосфиде галлия или карбиде кремния – видимый диапазон). В первом случае рекомбинация носителей заряда сопровождается непосредственным переходом электронов из зоны проводимости в валентную зону – прямая рекомбинация. Во втором случае рекомбинация происходит через рекомбинационные центры (ловушки), локальные уровни энергий которых располагаются

внутри запрещенной зоны – непрямая рекомбинация. Внося дополнительные примеси можно задавать требуемые значения локальных уровней и тем самым получать необходимый цвет свечения – красный, желтый, зеленый, синий. Электронно-дырочный переход светодиода выполняется несимметричным (рис.2.3), с концентрацией дырок в р-слое (эмиттере), много больше концентрации электронов в n-слое (базе). Тем самым при прямом напряжении смещения ток в светодиоде создается преимущественно дырками эмиттера, переходящими под действием инжекции в базу, где они рекомбинируют с электронами.

Вольт-амперная характеристика светодиодов подобна характеристикам кремниевых и германиевых диодов. Основными параметрами светодиодов являются:

- прямой ток через p-n переход I_ПР (5 – 20 мА);

- падение напряжения на p-n переходе при протекании прямого тока U_ПР (1,5 – 2 В);

- яркость свечения L – 10…100 кд / м² ;

- срок службы – до 100 тыс.ч.

Светодиоды характеризуются высоким быстродействием (10 ^{- 8} - 10 ^{- 6} с). К источнику питания светодиоды подключатся прямой полярностью через балластный резистор, ограничивающий прямой ток:

, где - напряжение источника питания.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: