1.12. Варикапы

Варикап – это полупроводниковый диод, который используется как нелинейная емкость, управляемая напряжением (емкость p-n-перехода – функция приложенного напряжения).

В варикапах используется барьерная емкость, т.к. диффузионная зашунтирована малым прямым сопротивлением p-n-перехода.

Варикап работает при обратных смещениях на p-n-переходе. Его емкость меняется в широких пределах (101000 пФ) и определяется выражением:

,

где С₀ – емкость при U_Д = 0, U_K – значение контактного потенциала, U – приложенное обратное напряжение, n =2 – для резких p-n переходов, n=3 – для плавных переходов. С ростом U_обр емкость уменьшается. Основной характеристикой варикапа является вольт-фарадная характеристика (ВФХ) (рис. 26).

Рис. 26

Основные параметры:

• емкость варикапа С_в – емкость, измеренная при заданном U_обр;

• коэффициент перекрытия по емкости – отношение емкостей при двух заданных U_обр; ,

− сопротивление потерь r_П – суммарное активное сопротивление варикапа;

− добротность Q_B – отношение реактивного сопротивления на заданной частоте Х_С к сопротивлению потерь ;

• ТКС_В – температурный коэффициент С_В.

1.13. Светоизлучающие диоды

Светоизлучающий диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для отображения информации. Светодиод (СИД) получают на основе p-n или гетеропереходов с выпрямляющей ВАХ (рис. 27).

Рис. 27

Излучение в области перехода вызвано самопроизвольной рекомбинацией носителей заряда при прохождении прямого тока. При этом рекомбинирующий электрон переходит из ЗП в ВЗ с выделением кванта света с энергией h W_3З. Для получения квантов видимого света ширина ∆W_ЗЗ должна составлять W₃1,7эВ. При W₃<1,7эВ излучение находятся в инфракрасном диапазоне.

Такой величиной W₃₃ обладают полупроводниковые соединения GaAsP с различным соотношением элементов 1,4<W₃₃<2 (цвета красный, зеленый).

Рис. 28

В обычных плоских переходах, кванты света поглощаются в кристалле полупроводника вследствие внутреннего отражения. Поэтому в СИД используют сферическую форму кристалла, либо плоский кристалл полупроводника вплавляют в сферическую каплю стекла или пластика, что снижает эффект внутреннего отражения (рис. 28).

2. Полупроводниковые резисторы

2.1. Терморезисторы

Терморезистор – это резистор, в котором используется зависимость сопротивления от температуры. Температурная характеристика и условно-графическое обозначение терморезистора приведены на рис. 29.

Термистор – это терморезистор с отрицательным ТКС.

Термисторы используют эффект снижения сопротивления полупроводника с ростом температуры и описываются температурной характеристикой:

,

где В – коэффициент температурной чувствительности.

Рис. 29

К параметрам термисторов относятся:

− номинальное сопротивление при нормальной температуре (10 – 100*10³Ом);

− В  700  1500⁰K;

− ТКС  − (0,8  6)10^-2К^-1.

ВАХ термистора – это зависимость между током и напряжением в условиях теплового равновесия с окружающей средой.

Рис. 30

При малых токах термистор практически не нагревается – характеристика линейна (рис. 30).

При больших токах вследствие нагрева падение напряжения с ростом тока замедляется.

Промышленность выпускает специальные датчики лучистой энергии на основе термисторов – болометры (рис. 31).

Один из термисторов нагревается инфракрасным излучением и его сопротивление является мерой лучистой энергии. Второй термистор служит для компенсации температуры окружающей среды.

Рис. 31

Позистор – полупроводниковый терморезистор с положительным ТКС. У некоторых полупроводников (BaTiO₃ с примесями La,Ta) наблюдается аномальная температурная характеристика (рис. 32).

Рис. 32