Диоды (раздел 1)

Лекция 4

Общие сведения, принцип действия и основные параметры

полупроводниковых диодов и стабилитронов.

Содержание:

1.13 Диод Шоттки. Общие сведения и характеристики.

1.14 Варикап. Общие сведения и характеристики.

1.15 Оптоэлектронные полупроводниковые приборы.

1.15.1 Светодиод. Общие сведения и характеристики.

1.15.2 Фоторезистор. Общие сведения и характеристики.

1.15.3 Фотодиод. Общие сведения и характеристики.

1.16 Оптопары. Общие сведения и характеристики.

1.13 Диод Шоттки. Общие сведения. Вах.

Диод Шоттки – полупроводниковый диод, выпрямляющие свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником. Диоды Шоттки (ДШ), в сравнении с кремниевыми диодами, имеют меньше на 0,3÷0,5 В прямое падение напряжения и на 2÷3 порядка больше обратные токи. Они обладают высоким быстродействием, т.е. малым временем перехода из проводящего состояния в непроводящее, и обратно при смене полярности напряжения, приложенного к цепи, содержащей диод.

Рис. 1.20 Изображение диода Шоттки на принципиальных схемах

Диоды Шоттки находят широкое применение в низковольтных выпрямителях и низковольтных импульсных источниках питания, работающих при высоких частотах преобразования энергии в десятки и сотни кГц. Применение ДШ при низких напряжениях объясняется снижением относительных потерь энергии на ДШ, в сравнении с кремниевыми диодами, из-за меньшего прямого падения напряжения. В свою очередь при повышенных напряжениях на диоде Шоттки существенно возрастают потери энергии из-за повышенных обратных токов через диод. Высокое быстродействие ДШ снижает потери энергии на интервалах переключения диода из проводящего состояния в непроводящее, и обратно, т.н. динамические потери, что позволяет использовать ДШ при высоких частотах преобразования энергии.

ВАХ диода Шоттки марки 2Д219 для трёх температур в 100, 20 и -60 градусов по Цельсию приведены на рис.1.21.

Рис 1.21 ВАХ диода Шоттки 2Д219 при трёх температурах

1.14 Варикап. Общие сведения и характеристики.

Варикап – полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n-перехода от приложенного обратного напряжения. Варикап используется в качестве электрически управляемой емкости. На рис.1.22 приведено условное графическое изображение варикапа на принципиальны электрических схемах.

Рис. 1.22 Изображение варикапа на принципиальных схемах

Варикап характеризуются следующими основными параметрами:

1. – ёмкость варикапа. Это электрическая ёмкость, измеренная между анодом и катодом варикапа при фиксированном обратном напряжении на варикапе. Ёмкость варикапа обычно измеряется при минимальных рабочих обратных напряжениях В и находится в диапазоне nФ;

2. – коэффициент перекрытия емкости. Коэффициент перекрытия емкости определяется по выражению: , где , – соответственно максимальная и минимальная емкости варикапа. Максимальная ёмкость обычно равна , а минимальная емкость – емкость варикапа при максимальном допустимом обратном напряжении.

3. – добротность варикапа. Добротность варикапа определяется по выражению: , где - реактивное сопротивление варикапа на некоторой заданной частоте, а - активное сопротивление варикапа при некотором обратном напряжении В. Добротность варикапа лежит в диапазоне от 10 до100.

4. Вольт-фарадная характеристика. Это зависимость ёмкости варикапа от приложенного обратного напряжения. Примерный вид вольт-фарадной характеристики приведён на рис. 1.23.

Рис. 1.23 Примерный вид вольт-фарадной характеристики

Применение варикапа в электронных устройствах.

В различных радиопередающих и радиоприёмных устройствах, генераторах переменного напряжения, селективных вольтметрах применяются колебательные контуры с изменяемой ёмкостью конденсатора. Часть электрической цепи с колебательным контуром, резонансная частота которого изменяется за счёт изменения ёмкости конденсатора, приведена на рис. 1.24.

Рис 1.24 Колебательный контур, перестраиваемый по частоте

Непосредственная замена в таком контуре конденсатора с изменяемой ёмкостью варикапом не возможна, поскольку для изменения ёмкости варикапа к нему необходимо приложить обратное напряжение некоторой величины. Поскольку параллельно варикапу в таком контуре подключена катушка индуктивности, сопротивление которой постоянному току равно нулю, то подача постоянного напряжения на варикап будет не возможна.

Для применения варикапов в колебательных контурах применяются схемы в которых постоянное обратное напряжение, прикладываемое к варикапу, не подаётся на катушку индуктивности контура. Один из вариантов такой схемы приведен на рис. 1.25.

Рис 1.25 Колебательный контур с варикапом, перестраиваемый по частоте

В колебательном контуре (рис. 1.25) изменение ёмкости варикапа производится за счёт изменения величины обратного напряжения на варикапе. Вспомогательный конденсатор исключает закорачивание катушкой индуктивности источника напряжения по постоянному току. Конденсатор, образованный ёмкостью варикапа и вспомогательный конденсатор включены последовательно. Результирующая ёмкость этих конденсаторов, т.е. ёмкость между точками а и б схемы определяется:

или после преобразования .

Таким образом изменение ёмкости варикапа приводит к изменению ёмкости между точками а и б схемы и позволяет изменять резонансную частоту контура.