Лабораторная работа № 1
Изучение твердотельных приборов различного назначения
Цель работы – изучение параметров различных твердотельных приборов, их конструкции, принципа работы, назначения и обозначения.
Приборы и материалы: твердотельные приборы различного назначения.
Теоретическая часть
1 Твердотельные приборы (полупроводниковые приборы)
Твердотельные приборы (полупроводниковые приборы) – это электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Они служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т.д.) электрических колебаний, преобразования сигналов одного вида в другой, одних видов энергии в другие.
К твердотельным приборам относят полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, варисторы, генераторы Ганна, оптоэлектронные приборы.
2 Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называют прибор c одним или несколькими электрическими переходами и двумя внешними выводами. Основные типы полупроводниковых диодов: выпрямительные диоды, стабилитроны, варикапы, высокочастотные и импульсные диоды, туннельные и обращенные диоды.
Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно-дырочный переход. Они служат для преобразования переменного тока в постоянный ток одного направления и используются в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p-n перехода является высокая проводимость при прямом смещении и низкая при обратном. Разновидностью выпрямительных диодов являются лавинные диоды – приборы, имеющие на обратной ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) лавинную характеристику. Это позволяет применять их в качестве элементов защиты цепей от импульсных перенапряжений, в том числе непосредственно в схемах выпрямителей.
Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения на присоединенной параллельно ему нагрузке в случае изменения ее сопротивления или величины напряжения питания. Стабилитроны называют также опорными диодами. Они применяются для параллельной стабилизации и в качестве источников опорного напряжения. Для стабилизации небольших напряжений (< 1 В) используют прямую ветвь ВАХ. Предназначенные для этого полупроводниковые диоды называются стабисторами.
Полупроводниковый диод, емкость которого зависит от приложенного к нему обратного напряжения, называется варикапом. Варикапы используются в радиоэлектронных устройствах как управляемые конденсаторы переменной емкости либо как элементы с нелинейной емкостью. Диоды с электрически управляемой емкостью для умножения частоты называются умножительными диодами (варакторами), а предназначенные для параметрического усиления – параметрическими.
Высокочастотные диоды предназначены для детектирования колебаний высокой частоты и используются в радиоприемной, телевизионной и другой аппаратуре. Импульсные диоды предназначены для работы в устройствах импульсной техники. Диоды Шоттки – это полупроводниковые диоды, построенные на основе структуры металл-полупроводник.
Туннельный диод – полупроводниковый диод, изготовленный на основе сильнолегированного полупроводника, действие которого основано на туннельном эффекте. Туннельный эффект – прохождение через потенциальный барьер микрочастицы, энергия которой меньше высоты барьера. Потенциальный барьер – ограниченная в пространстве область, в которой возникают силы отталкивания, препятствующие движению частиц через эту область. Туннельные диоды применяются преимущественно в генераторах и усилителях сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний и в импульсных переключающих устройствах.
Полупроводниковый диод, имеющий при малых прямых напряжениях (до нескольких десятых долей вольта) прямые токи намного меньше обратных, называется обращенным. Обращенные диоды используют при выпрямлении малых переменных сигналов, составляющих несколько десятых долей вольта, в быстродействующих переключающих схемах или в схемах детекторов СВЧ.
Сверхвысокочастотные диоды – полупроводниковые диоды, предназначенные для работы в диапазоне СВЧ (> 300 МГц). По своему основному назначению СВЧ-диоды подразделяются на детекторные, переключательные, преобразовательные, параметрические и генераторные. Детекторные диоды предназначены для детектирования сигналов СВЧ. Под детектированием понимают процесс выделения из модулированного напряжения сигнала более низкой частоты, по закону которого была осуществлена модуляция высокочастотного сигнала. Для переключения мощности, проходящей по СВЧ-тракту, используются переключательные диоды. Преобразовательные диоды могут быть смесительными, умножительными, модуляторными. Смесительные диоды при подаче двух сигналов различных частот позволяют получить разностную (промежуточную) частоту. Умножительные диоды предназначены для получения п-й гармоники основного сигнала. Модуляторные диоды позволяют получить модулированные колебания.