2.3 Тензорезисторы
Тензорезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации.
Назначение – измерение давлений и деформаций.
Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте – на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций.
Для изготовления тензорезисторов чаще всего используют кремний с электропроводностью n- и p-типов. Заготовки такого кремния режут на мелкие пластинки, шлифуют, наносят контакты и присоединяют выводы.
Основные параметры тензорезисторов:
1. Номинальное сопротивление тензорезистора – это сопротивление без деформации при t = 200C (обычно оно имеет величину от нескольких десятков до нескольких тысяч Ом);
2. Коэффициент тензочувствительности – отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины тензорезистора:
.
Для различных тензорезисторов К лежит в пределах от −100 до +200;
3. Предельная деформация тензорезистора.
Деформационная характеристика – это зависимость относительного изменения сопротивления тензорезистора от относительной деформации.
Рисунок 2.3 – Деформационные характеристики тензорезисторов из кремния с электропроводностью р- и n- типов
Тема 3. Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее обычно один p-n переход и имеющее два вывода.
Классификация диодов производится по следующим признакам:
1) По конструкции:
плоскостные диоды;
точечные диоды;
микросплавные диоды.
2) По мощности:
маломощные;
средней мощности;
мощные.
3) По частоте:
низкочастотные;
высокочастотные;
СВЧ.
4) По функциональному назначению:
выпрямительные диоды;
импульсные диоды;
стабилитроны;
варикапы;
светодиоды;
тоннельные диоды
и так далее.
3.1 Выпрямительные диоды.
Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур, по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток.
Работа диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода.
Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер). Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4…0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым). При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.
Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.
На рис. 1.1 показаны условное графическое обозначение (УГО) диода, его идеальная и реальная вольт-амперная характеристики (ВАХ). Видимый излом ВАХ в начале координат связан с различными масштабами токов и напряжений в первом и третьем квадранте графика. Два вывода диода: анод А и катод К в УГО не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения.
На ВАХ реального диода обозначена область электрического пробоя, когда при небольшом увеличении обратного напряжения ток резко возрастает. Электрический пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диод не теряет своих свойств. Если обратный ток превысит определенное значение, то электрический пробой перейдет в необратимый тепловой с выходом прибора из строя.
Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды. Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150…200 С против 80…100 С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60…80 А/см2 против 20…40 А/см2). Кроме того, кремний – широко распространенный элемент (в отличие от Ge, который относится к редкоземельным элементам).
К преимуществам Ge-диодов можно отнести малое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3…0,6 В против
0,8…1,2 В).
Кроме названных ПП материалов, в сверхвысокочастотных цепях используют арсенид галлия GaAs.
Полупроводниковые (ПП) диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные.