8. Фотодиоды.

Фотодиод — это полупроводниковый фотоэлектрический прибор, основанный на внутреннем фотоэффекте, содержащий один p-n переход и имеющий два вывода.

Фотодиоды могут работать в двух режимах: без внешнего источника электроэнергии (режим фотогенератора) и с внешним источником (режим фотопреобразователя). На рисунке 1.7.2, а, б показаны эти схемы включения.

Рисунок 1.7.2 Схемы включения фотодиода в режиме фотогенератора (а), фотопреобразователя (б), световая характеристика (в), вольтамперная характеристика (г)

При освещении фотодиода в режиме фотогенератора на его выводах появляется фото-ЭДС с полярностью слева «+», справа «–». При подключении сопротивления нагрузки под действием ЭДС по нему идет фототок. Именно в таком режиме работают солнечные батареи.

В режиме фотопреобразователя через p-n переход протекает обратный ток, зависящий от светового потока, определяющего число неосновных носителей. Световая характеристика в режиме фотопреобразователя (рисунке 1.7.2, в) линейна и выражается уравнением

Где К – чувствительность (до 20 мА/лм),

I_ФТ – темновой ток (начальный ток в темноте).

ВАХ фотодиода в темноте не отличаются от ВАХ p-n перехода (рисунке 1.7.2 г), а при освещении опускается вниз. Режиму фотопреобразователя соответствуют участки в третьем квадранте, а режиму фотогенератора – в четвертом.

Фотодиоды имеют большее быстродействие, чем фоторезисторы (работоспособны при частоте 1 гГц и выше), но менее чувствительны.

С целью повышения чувствительности вместо фотодиодов применяют фототранзисторы.

9. Нелинейные сопротивления на р-n переходах. Туннельный диод.

Туннельный диод Туннельный диод ¾ это высокочастотный полупроводниковый прибор, имеющий на вольт-амперной характеристике прямого включения участок отрицательного динамического сопротивления (рис.3.6.). Туннельные диоды построены на основе узких p-n-переходов. Вольт-амперная характеристика такого диода отличается наличием токового всплеска в зоне начального участка прямой ветви. На вольт-амперной характеристике образуется участок, характеризуемый отрицательным динамическим сопротивлением, на котором приращение напряжения и тока противоположно по знаку. Это свойство позволяет использовать туннельные диоды в качестве активных элементов генераторных и переключательных схем.

Основные параметры туннельных диодов:

· пиковый ток Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ;

· ток впадины Iв − прямой ток в точке минимума ВАХ;

· отношение токов туннельного диода Iп/Iв;

· напряжение пика Uп – прямое напряжение, соответствующее пиковому току;

· напряжение впадины Uв − прямое напряжение, соответствующее току впадины;

· напряжение раствора Uрр.

10. Обращенный диод, варикап.

Варикапы

Варикапы (рис.3.7.) ¾ это полупроводниковые диоды, у которых используется свойство изменения толщины и, соответственно, емкости р-n- перехода при изменении величины приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве элементов автоматической настройки частоты в различных радиотехнических устройствах и системах управления.

Основными эксплуатационными параметрами являются:

1. С_в ¾ общая емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении;

2. U_упр. ¾ управляющее напряжение;

3. ¾ коэффициент перекрытия по емкости;

4. Q ¾добротность варикапа, которая характеризуется отношением реактивного сопротивления варикапа к его активному сопротивлению.

5. ТКЕ ¾ температурный коэффициент емкости; он характеризует стабильность варикапа и представляет собой отношение относительного изменения емкости к вызвавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды:

Обращенный диод – диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.

Принцип действия обращенного диода основан на использовании туннельного эффекта. Но в обращенных диодах концентрацию примесей делают меньше, чем в обычных туннельных. Поэтому контактная разность потенциалов у обращенных диодов меньше, а толщина р-n- перехода больше. Это приводит к тому, что под действием прямого напряжения прямой туннельный ток не создается. Прямой ток в обращенных диодах создается инжекцией не основных носителей зарядов через р-n- переход, т.е. прямой ток является диффузионным. При обратном напряжении через переход протекает значительный туннельный ток, создаваемый перемещение электронов сквозь потенциальный барьер из р- области в n-область. Рабочим участком ВАХ обращенного диода является обратная ветвь.

Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) – прямому включению.

 

Рисунок 3.8 – Вольт-амперная характеристика обращенного диода

 Обращенные диоды применяют в импульсных устройствах, а также в качестве преобразователей сигналов (смесителей и детекторов) в радиотехнических устройствах.