Шала - өткізгішті диодтар

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Шала -өткізгішті диодтар

Бір р-n өтпесінен тұратын және екі шықпасы (сыртқы тізбектен жалғанатын екі ұшы) бар нәрсе шала өткізгішті диод деп аталады. Жұмыс істеу және атқаратын міндетіне қарай шала өткізгішті диодтар әр түрлі болады. Ең көп тараған диодтар түзеткіштік диод, стабилитрон, варикап, фотодиод, жарық диоды. Енді осы диодтарды жеке-жеке қарастыралық.

ТҮЗЕТКІШТІК ДИОД.

Түзеткіштік диодтар айнымалы токты түзету үшін,

яғни айнымалы токтан тұрақты ток алу үшін

қолданылады. Бұл р-n өтпесінің вентильдік

қасиетіне негізделген.

10. 11- сурет. Түзеткіштік диодтың вольт-амперлік

сипаттамасы мен графикалық

шартты белгісі.

Түзеткіштік диодтар төмен және жоғары жиілікті, импульсті, әлсіз және қуатты токтарды түзету үшін қолданылатындықтан олардың конструкдиясы, әсіресе р- n өтпесінің конструқциясы мен бегетіік қабаттың ауданының шамасы әр түрлі болады. Түзеткіштік диодтарды силицийден және гермаиийдан жасайды. Силицийден жасалған ди-
одтар 150° . . . 200 ^с С дейінгі, ал германийдан жасалған диодтар
85°-100°С дейінгі температурада жұмыс жасай алады.

Түзеткіштік диодтар негізгі сипаттамасы- вольт-амперліқ сипаттама (10. 11-сурет) . Оның р- n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасынан (10. 10-сурет) ешқандай айырмалығы жоқ. Тек түзеткіштік диодтар вольт-амперлік сипаттаманың тура бұтағында ғана жұмыс істейді.

10. 12- сурет. Стабилитронның вольт-амперлік сипаттамасы

мен графикалық шартты белгісі

Түзеткіштік диодтар негізгі

параметрлері: рауалы (өткізуге болатын) тура тогы I, рауалы максимал кері тогы I _mk , рауалы (түсіруге болатын) мазсимал кері кернеуі U _mk Түзеткіштік диодтарды белгілі бір құрылғы үшін таңдап алғанда алдымен осы параметрлері және қуаты мен жұмыс жасай алатын жиілік аралығы оның номинал және шекті жұмыс әлпілеріне сәйкес келуі керек.

СТАБИЛИТРОН. Тогы өзгергенмен кернеуі тұрақты болып қалатын шала өткізгішті диод стабилитрон деп аталады. Стибклитрон әр түрлі құрылғыларда кернеуді тұрақтандыру үшін, яғни кернеуді өзгертпей ұстап тұру үшін қолданылады.

Стабилитрон р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасының кері бұтағында жұмыс істейді (10, 12-сурет) . Вольт-амперлік сипаттаманың АВ бөлігінде ток өскенмен кернеудің тұрақты болып қалатындығы көрініп тұр. Стабилитрон тогы осы аралықта жататын жүктемелер үшін пайдаланылады. Ток одан әрі өскен кезде р- n өтпесі қатты қызып электрлік тесілу жылулық тесілуге ұласуы мүмкін.

Стабилитрониың негізгі параметрлері: сипаттаманың кернеуі тұрақты бөлігіндегі динамикалық кедергісі (R _d кернеудің тұрақты мәніне сәйкес минимал тогы (I _стmax ) ; кернеудің тұрақты мәніне сейкес максимал тогы кернеудің температуралық коэффициенті (ТКU) . Қазіргі кезде қолданылып жүрген стабилитрондардың тұрақтандыру кернеуі U _ст =1 . . . 000 В, минимал тогы I _стmin =1 . . . 00 мА, максимал тогы I _стmax =50 . . . 2000 мА, динамикалық кедергісі R _d =0, 5 . . . 200Ом, ал кернеудің температураяық коэффициенті

ТКU= $\frac{dUст}{dT}$ х 100% = (-0, 5 . . . +0, 2) % / ⁰ С

шамасында жатады.

ВАРИКАП. Бөгеттік қабаттың бір жағында оң, екінші жағында теріс заряд пайда болатындықтан және осы зарядтар онда электр өрісін тудыратындықтан р-n өтпесінің электрлік сыйымдылығы болады. Жазық конденсатордағы секілді өтпенің сыйымдылығы түйіспенің ауданына тура пропорционал да, ал бөгеттік қабаттың еніне кері пропорционал. Бөгеттік қабаттың ені оған түсірілген кернеуге байаланысты өзгеретіндіктен, р-n өтпесінің сыйымдылығы да кернеумен байланысты болады. өтпесіне тура кернеу берген кезде түйіспеге өте аз кернеу түсетіндіктен сыйымдылығы да өте аз болады, ал түгелдей дерлік - бөгеттік- қабатқа түсетін үлкен кері кернеу онда әжептәуір сыйымдылық туғызады.

Лазерлар

Олар-оптикалық квант генераторы болып табылады, жұмыс істеу принципi атомның өте биік энергетикалық деңгейден төменгi деңгейге өтуде, амалсыз сеулелену квант жарығын (фотонды) пайдалануына негiзделген.
Некогеренттiк (ретсiз, шашыранды) сәулелену, жарықдиодтарда қолданылатын, атомдардың 6ір мезгiлсiз фотондар шығаруымен бейнеленедi. Әр атомның сәулеленуiнде өзiндiк фазасы, бiрбағытта тарау және өзiндiк поляризациясы бар.

Когеренттiк сәулеленудi жасау үшiн, реттiк өзгерiс уақытымен фазаны, жиiлiктi амплитуданы, бiрбағытта тарату және поляризацияны жасауда, сыртқы электрлiк өрiстi қолданады, соның әсерiнен амалсыз фотондар сәулеленедi. Осы амалсыз сәулелену электромагниттiк толқындарды күшейту және когеренттiк жарық жасау үшін қолданады. Когеренттiк жарықтың нұрының, радионұрына қарағанда, шашырауы азда және жиiлiк диапазоны үлкен, сондықтанда өте көп информацияны беруге болады; сәуленi 1 мкм диаметрлiк алаңға түйiндеп жинап және соның әсерiнен 10 вт/см² дейiн өте үлкен қуатты сәулелену алуға болады, бұл деген, лазердi жартылай өткiзгiштер: диэлектиктерді өндеуде және басқа қатты материалдарды, сваркілеуде және пайка жасауды қолдануға болады.
Жұмыстық заттардың қолдануына байланысты лазерлар жартылай өткiзгiггiтерге, сүйықтық, газдық және қатты денелiлерге бөлiнедi, ал қондыру тәсiлiне байланысты - электрлiк, жарықтық, жылулық және химиялық түрлерге бөлiнедi. Лазерлер үздiксiз және импульстық реттерде жұмыс істейдi. Лазерлердi жоғарғы сатыға көтеру жолдары, олардың пайдалану мерзiмiн үзарту, сәулелену қуатын кушейту және ПЭК (пайдалы әсерлiк коэффициентiн) жоғары көтеру болып табылады.

Жарық диодтары

Жарық диодтар электрлiк өрiстiң қуатын оптикалық сәулеленуге өзгертедi.

Жарық диодтың негiзгi болып Р-N- өткелi саналады, ток көзiнің кернеуiне 5 өткiзiлетiн бағытпен, 1-З және 4 контактылар арқылы жалғастырылған. Кернеудiң осындай жалғасында N - өткiзгiштен электрондар Р - өткiзгiеiке де, ал тесiктер Р-дан N-ға етедi. Германий мен кремнийдiң тыйым салыну зонасының кеңдiгi (0, 72 және 1, 1 эВ) онша үлкен болмағандықтан, рекомбинацияның әсерiне бөлiнiп шыққан қуаттың барлығы кристаллдық решеткаға берiледi. Тыйым салыну зонасының кеңдiгiнiң арқасында арсенид галияда, фосфиде галияда және карбид кремнияда болған рекомбинациялық процесс өзiнiң бойынан квант жарықты қуат, бөлiп шығарады, бiразы жартылай өткiзгiштiң бойына сiңедi де, ал бiразы қоршалған кеңдiкке сәуле болып таралады, осы сырттағы кванттық шығыс көрiнедi. Осындай тұрақты және айнымалы токпен қоздыруға болады. Порогтық кернеуi, осы шамада сәуле шашатын, Р-N өткелiнiң қысымдық потенциалдық айырмының мөлшерiне таяу. Сәуленiң жарықтығы токтың тығыздығына, жиiгiне тiкелей байланысты.

Толқынның үзындығы, сәулелi жарықтың түсiн анықтайтын, жартылай өткiзгiштiң материалының негізiне байланысты, оның қосылғышына және тыйьм салу зонасының кеңдiгiне. Мысалы, фосфида галлиядан тұратын құралдың сәуле толқынының үзындығы жасыл түрге сәйкес, ал арсенида галлия мен фосфида галлияның қатты ерiтiндiлерi
- қызыл түске, фосфида галлия мен фосфида индияның қатты ерiтiндiлерi -сары және сары-жасыл түстерге сәйкес келедi.
Жарық диодтар индикаторлық схемаларда, оптоэлектрондық парахтарда, электрондық сағаттарда, түнде көретiн жүйелерде, ядерлық радиозлектроникада автоматикада, есептеу техникаларында кеңiнен таралған және кеңiне қолданылады.

еркiн электрондардың санын көбейтедi де және оның кедергiсi азайтады. Мысалы, сернестiк кадмияга жарық түскенде оның фотоэлектрондарының саны қараңғыдағы жарықсезгiш қабатының еркiн электрондарыжың санымен салыстырғанда.
Егерде (41 сур. а) шыны пластинкаға 1 қондырылған, металлдық электродтармен З қамтамасыз етiлген, жарық көшкiнiмен Ф қоздырылған жартылай өткiзгiшке 2 сыртқы ток көзiнен кернеу Vф берiлсе, онда электрондардың қозғалысы бiр бағытта болады да, тiзбекке жалғанңан резистор Rж арқылы Іф тоғы жүредi. Резисторда (Rж) бөлiнетiн кернеу, ол шығыс кернеуi Vш болады, басқа автоматика элементтерiнiң жұмыс істеуiне қолданады. Фоторезисторға айналамыздағы ортаның әсерi тимеу үшiн, оны пласмассовалық қабатпен 4 жарық түсетiн тереземен 5 және штырлармен 6 нығыздап (дымқыл, шаш-тозаңан т. б. ) жасаймыз (41 сур. б) . Фоторезистарды жасау үшін кадми мен қоргасынның сернистiк және селенистiк қосындыларын қолданады.

41. сурет а) Жұмыс істеу принципі

б) сыртқы бейнесі

в) шартты белгісі

Фоторезисторлардың негiэгi сипаттары болып, жарықтық, вольт-амперлiк және спектрлiк, табылады. 42 сур. б) кадмий Фоторезистордың ФСК-2 әртурлiлерiнiң 6ір жарықтық сипаты Іф=f(Е) көрсетiлген. Бұл сипаттан көрiнiп тұр, неғұрлым Е жарық көбейген сайын ток Іф көбейедi. 42 сУр. б) Іф=f(Е) вольт-амперлiк сипат көрсетiп тұрғандай, жарықтық бiр қалпы кезiнде Іф өзгеруi Vф-қа пара-пар болады.

42. сурет. а) вольт-амперлiк сипаты

б) жарықтық сипаты.

Фоторезистордың ең бiр артықшылығы-жоғарғы өзiндiк интегралдық сезiмi. Мысалы, сернисто-қорғасындық фоторезисторларда ол 400 . . . 500 мкА лмВ. Осы жоғарғы сезiмталдығы, оларды кейде күшеткiшсiз қолдануына болады, тағы олардың кiшкентайлығы қолдану пайдалығын арттырады.
Негiзэгi кемшiліктерi мыналар: инерциялығы және температураның қатты әсерi, бiртиптес фоторезисторлардын сипаттарын әржаққа шашырататыны.

Фотодиодтар.

Фотодиодтар екі режимде жұмыс істейді:

1. Фотодиод болып (фототүрлендіргіш)

2. Вентильдік болып (фотогенератор) .

Вентельдікке қарағанда, фотодиодтағы режимге, сыртқы ток көзі қажет.

Фото түрлендіргіш диодтар. (43 сурет а) .

Жартылай өткізгіштік пластинадан тұрады, олардыың ішінде электрондық-тесіктік өткізгіш жасалған, Р-N- өткелімен бөлінген.

43. сурет. а, в) Жұмыс істеу принципі фототүрленгенгіш

және

б) осылардың шартты белгісі.

Қоректену көзінің кернеуі Vф фотодиодқа кері бағытта жалғанған. Сәуленің жоқ кезінде Р- N-өткелі арқылы Р-жартылай өткізгіштен (+) зарядтар N-жартылай өткізгішіне өтеді де, ал (-) зарядтар- N-жартылай өткізгіштен Р-ға өтеді, сонымен кәдімгі Р- N-өткелiнiң потенциалды барьерiн жасайды (ол 43 сур. а) плюс пен минус дөңгелексiз) . Қосылған керi бағыттағы кернеудiң асерiнен негiзгi болып саналмайтын зарядтар (43 сур. а) плюс пен минустер дөңгелектелген) (+) зарядтар N- жартылай өткiзгiштен Р - жартылай өткiзгiшке Р - N - өткелi арылы өтедi де, ал (-) зарядтар Р-дан N-ға өтiп, көңгурт Тоғы (мөлшерi 1 мкА шамасында) пайда болады. Фотодиодқа сәуле түсiргенде Р және N жарылай өткiзгiштерде негізгi және негiзгi емес зарядтардың саны кебейiп, негiзгi емес зарядтар керi багытты кернеуд1 асерiнен Р - еткелтмен ететiн саны да оседi (негiзгi зарядтар кері бағытты кернеудiң әсерiнен Р - N - өткелiмен өте алмайды) . Схемадан керiнiп тұрғандай фотопреобразователдiк диодтың Іф фототоғы керi бағытты ток болады да, оның мөлшерi фотодиодқа түсiрiлген сәуленiң жарығына байланысты. Неғұрлым сәуле көбiрек түссе Іф тоғы соғұрлым көп болады, аз болса Іф-те аз болады. Сонымен, электр тiзбегiне жалғанған фотодиод, фоторезистор сияқты болады, кедергiсі фоторезистордың, сәуленiң жарықтығына байланысты өзгередi. Ал резисторда
- Rж Іф токтың әсерiнен пайда болған кернеу, шығыс кернеуi болып саналады. Фотодиодтың негiзгi параметрлерi, ол жұмыс кернеуi (10 . . . 30 В шамада) және көңгiрт ток (1 ден 25 мкА дейiн) .

Фототранзисторлар
Олар екi Р - N - өткелiмен жасалған жартылай өткiзгiштен тұрады, жарық тасқынын электр тоғына өзгерту үшiн қолданады (44 сурет) .
Фототранзистордың жай-кәдiмгi биполярлық транзистордан конструктивтiк айырмашылығы тек, мөлдiр терезесiнде, сол арқылы транзистордың базасына жарық сәулесi түседi. Кернеу корегі Е эмиттер мен коллекторға берiлген. Осындай қосылыста фототранзистордың коллекторлық өткелi жабық болады, ал эмиттерлiгi ашық болады. Фототранзистордың базасы еркін болады.

Фототранзисторға жарық түскенде, оның базасында электрондармен тесiктер пайда болады. Тесiктер (+) зарядты және N -типтес жартылай өткiзгiшке негiзгi заряд болмағандықтан, электр өрiсiнiң әсерiмен коллекторға қарай өтедi де, оның өзiндiк тоғын өсiредi, ал электрондар болса базада қалады да, оның потенциалын төмендетедi. Базадағы потенциалдың төмендеуi. эмиттер өткелiнде- қосымша тура бағыттағы кернеудiң тууына әсерiн тигiзедi де, тесiк (+) зарядтың эмиттерден базаға өтуiн тездетедi, немесе күшейтедi. Базада инжектiрiлген тесiктер коллектор өткелiне дейiн жетiп, коллектор тоғының қосымша күшейтiлуiне әсерiн тигізедi. Азғандай ғана эмиттердегi тура бағыттағы кернеудiң өзгеруi, коллектор тоғын үлкен, өзгерiске әкеледi, яғни фототранзистор күшейткiш болып саналады. Фототранзисторлардың фотодиодтарға карағанда сезiмталдығы өте жоғары-люменге жуз миллиампердей ток күшi пара-пар келедi.
Коллектормен база қысымдарының арасына фотогенераторлық диод жалғанғанда, биполярлық фототранзистор, кәдiмгi биполярлық транзисторға ұқсайды (44 сур. б) . Бұл кезде фотогенераторлық диодтың тоғы, фототранзистордың базасының тоғы болып, коллектор тiзбегiндегi токты « К» - есе күшейтедi.

44 сурет. а) биополярлық фототранзистордың еркін базадан

тұратын құрылымдық схемасы;

б) фототранзистордың базамен коллектор аралығына

фотогенераторлық диод қосылған схемасы.

Фототранзистордың екі варианттық жалғану түрі қолданылады:

45 сурет. а) фототранзистордың еркін базамен

Жалғанған схемасы;

б) фототранзистордың базасына оң смещения

берілген схемасы.

1 Диодтылық (45 сур. а) тек ғана екі-ақ жалғану қысымы (эмиттерменколлектор) қолданылады.

2. Транзисторлық (45 сур. б) үш жалғану қысымы қолданылады (Э. К. және Б) бұл вариантта схеманың кiрiсiне тек жарық сәулесi берiлiп қоймай, қосымша электрлiк сигналда берiледi.
Фототранзистордың орынды қолдануы, ол үлкен жарықтық сигналдарды тiркеу болып саналады, ал аз шамадағы жарықтық сигналды тiркеу үшiн, фототранзистордың базасына оң смещения кернеуiн беруiмiз керек (45 сур. б. қара) .
Оптоэлектроникада, атоматикада және телемеханикада фототранзистордың қолдану мақсаты, фотодиодтық қолданылуы мен сәйкес, бiрақта фототранзисторлар өздерінiң сезiмталдығымен және температуралық диапазондарымен, фотодиодқа қарағанда бiраз кем түседi. Фототранзисторлардың сезімтлдығы, жарық сәулесi күшейткен сайын, есе бастайды. Үлкен жарық сәулесiнде (6000-7000 лк) фототоктар 15-20 мА дейiн жетедiде, фототранзисторларды тiкелей реле басiару үшін қолдануға болады. Өнеркәсiп жұмыс кернеуi 5В және қараңғы тоғы З мА-лiк ФТ-1К және ФТ-2К - фототранзисторларын шығарады. Фототранэисторлардың тез, жылдам істейтiн құралдарда қолданылуын тежейтiн кемшiлiгi ол оның үлкен инерциялығы.

Фототиристорлар

Олар жарық тасқынымен басқарылатынл және өзiне тиристор мен фотокабылдағыштың қасиеттерін үйлестiретiн, жарық қуатын электр қуатына өзгертетiн жартылай өткiзгiштiк құрал болып саналады. Фототиристорлар төртқабатты Р - N - Р - N- құрамалы, ете қуатты басқарылатын фотоқұралдардың қатарына жатады. Бұның аналогиясы (ұқсастығы) 36 суреттiң (а) -да көрсетiлген.
Жарык, сигналының және басқарушы токтың жоқ кезiнде фототиристор жабық болады да, оның бойынан тек қана қараңғы тоғы жүреді. Фототиристордың сыртқы «терезесінен» Р және -N -ның базаларына жарық тасқыны түскенде фототиристор ашылады, соның әсерiнен жалпы фототок пайда болады. Фототиристордың кедергiсi ашық кезде 0, 1 Ом-нан жабық кезде 10 Ом-га дейін өзгередi. Ал құралдырдың ауыстырылып қосылу уақыты 1О - нен 1О секунд аралығында болады: