34.Полупроводниковые диоды и базовые диодные устройства

Полупроводниковые диоды. Полупроводниковый диод — это прибор с двумя выводами, содержащий один р-п-переход. Основной характеристикой полупроводникового диода является статическая ВАХ (рис.6.20), крутизна которой зависит от материала полупроводника и рабочей температуры.

В зависимости от вида исходного материала различают диоды из германия (буквенное обозначение Г), кремния (К) и соединений галлия (А). При одном и том же обратном напряжении обратный ток кремниевого диода во много раз меньше, чем германиевого. В то же время допустимое обратное напряжение кремниевых диодов достигает 1000÷1500 В, а для германиевых диодов эта величина составляет всего 100÷400 В. Диапазон рабочих температур для кремниевых диодов от -60⁰ до +150⁰, для германиевых от -60⁰ до +85⁰.

Рисунок 6.20 — ВАХ германиевого и кремниевого диодов

Основными параметрами диода являются:

постоянное прямое напряжение при заданном постоянном прямом токе

постоянное обратное напряжение ;

максимальное постоянное прямое напряжение ;

максимальный обратный ток при ;

максимально допустимое постоянное обратное напряжение ;

Диоды применяются для выпрямления переменных токов, детектирования модулированных колебаний, преобразования частоты сигналов, стабилизации напряжения. В зависимости от функционального назначения различают следующие группы полупроводниковых диодов (рис.6.20):

— выпрямительные, универсальные, импульсные (Д);

— выпрямительные столбы и блоки (Ц);

— сверхвысокочастотные диоды (А);

— стабилитроны и стабисторы (С);

— туннельные и обращенные диоды (И);

— варикапы (В);

— излучающие диоды (Л);

— генераторы шума (Г);

— диоды Ганна (Б);

— стабилизаторы тока (К).

а б в г д е ж

Рисунок 6.20 — Условные графические обозначения полупроводниковых диодов: а — общее обозначение (диод, вентиль, выпрямительный столб); б — диод туннельный; в — диод обращенный; г — стабилитрон; д — варикап;

е — фотодиод; ж — светодиод

35.Светодиоды и фотодиоды. Применение в полиграфических технологиях

Светодиод - это полупроводниковый прибор, который излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. Светодиод в электрической цепи ведёт себя также как обычный диод, только прямое напряжение светодиода в зависимости от типа светодиода составляет от 1,5 до 2,5 В, то есть при прямом включении светодиода падение напряжения на нём составляет 1,5…2,5 В. Этот эффект иногда используется в стабилизаторах напряжения, когда требуется получить стабильное напряжение в диапазоне 1,5…2,5 В (см. раздел Стабилитроны).

Рабочий ток светодиода лежит обычно в диапазоне 5…20 мА, поэтому практически во всех случаяхпитание светодиода выполняется через гасящий резистор. Рабочий ток указывается в справочниках. Длительное превышение рабочего тока приводит неисправности светодиода. Пример расчета гасящего резистора и схема включения светодиода найдётся здесь: Применение резисторов. Если вы знакомы с электроникой, микропроцессорами (или хотите с этими темами познакомиться), то рекомендую книгуКак стать программистом, где вы узнаете как подключить светодиоды к микропроцессору и как заставить их работать по заданной программе.

Светодиоды бывают разных цветов и типов. Они могут испускать как видимое излучение, так и инфракрасное (ИК-излучение). Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза. Светодиоды в настоящее время используются очень широко, например, в различных устройствах индикации. Некоторое время назад появились сверхъяркие светодиоды, которые используются для освещения помещений вместо ламп. Такие светодиоды потребляют в десятки раз меньше электроэнергии и имеют срок службы 30000 часов и выше, что в сотни раз больше срока службы любых ламп. Правда, стоимость таких светодиодов пока высока.

Фотодиод – это полупроводниковый прибор, который имеет светочувствительную поверхность. В зависимости от величины освещённости этой поверхности, меняется ток через фотодиод, если на него подано напряжение (фотодиод включается в обратном направлении, как и стабилитрон). Этот эффект используется в различных оптических датчиках. Например, пара светодиод-фотодиод используется в компьютерной мыши, подробнее см. здесь: Ремонт компьютерной мыши. Такой режим работы носит название фотодиодный режим.

Однако фотодиод может работать и в режиме генерации электроэнергии (солнечные батареи). В этом случае напряжение на светодиод не подаётся, а наоборот, снимается. Это называетсяфотогальванический режим.

Таким образом, принцип работы фотодиода определяется выбранным режимом. В фотодиодном режиме фотодиод может работать как датчик освещённости. В фотогальваническом – как источник электроэнергии. Конечно, один фотодиод – это очень слабый источник электроэнергии. Для того чтобы получить хоть какую-то реальную энергию, нужно включить вместе десятки и сотни фотодиодов. Отсюда и внушительные размеры солнечных батарей.