10. Температурні характеристики лазерних діодів.
Рисунок 1 —Графік експериментальної залежності температури лазерного кристала
Дуже сильний вплив температури на параметри ЛД. Лазерні діоди більш чутливі до зміни температури, ніж світлодіоди, рис. 1.24. При збільшенні температури коефіцієнт перетворення струм-потужність зменшується так, що усе більший струм необхідний для початку генерації. Значення порогового струму стає великим (зростає зі швидкістю приблизно 1,5 %/°С). Це відбувається внаслідок теплової генерації дірок у n-шарі й електронів уp-шарі. Вільні заряди, що виникли, рекомбінують з вільними електронами і дірками поза активним шаром, що зменшує кількість носіїв заряду, які досягають цього шару і, отже, зменшується число зарядів, необхідних для забезпечення підсилення і стимулювання емісії. Крім того, термічно згенеровані електрони і дірки в активному шарі безпосередньо рекомбінують безвипромінювально, тим самим зменшуючи інверсію населеності. Це також зменшує коефіцієнт підсилення активного середовища і збільшує граничний струм.
Струм накачування, мА
Рисунок 1.24 — Температурна залежність ВтАХ лазерного діода
11. Які типи вакуумних і напівпровідникових фотоприймачів використовують на практиці і в яких випадках?
Електровакуумний діод — вакуумна двоелектродна електронна лампа, що має лишеанодікатод.
Катод діода нагрівається до температур, при яких виникає термоелектронна емісія. При подаванні на анод позитивної відносно катода напруги частина емітованих електронів спрямовується до аноду, формуючи його струм, у протилежному випадку емітовані катодом електрони повертаються на катод. Таким чином, діод випрямляє прикладену до нього змінну електричну напругу. Ця властивість діода використовується для випрямлення змінної напруги і детектування сигналів високої частоти. Практичний частотний діапазон традиційного вакуумного діода обмежується значеннями 500 МГц. Дискові діоди, що інтегровані у хвилеводи, здатні детектувати частоти до 10 ГГц. Залежно від призначення та виконання електровакуумні діоди бувають наступних виконань:
Одинарний (одноанодний) діод — малопотужний різновид електровакуумного діода, призначений для детектування сигналів високої частоти.
Подвійний (двоанодний) діод — те ж але містить два діоди в одному корпусі із спільним розігрівом катода з метою використання їх у схемах двопівперіодного випрямлення.
Кенотрон (від грец.kenos — порожній і (elec)tron) — електровакуумний діод, що використовується у випрямних та імпульсних режимах[1](потужний різновид електровакуумного діода). Одинарний (одноанодний) кенотрон містить катод прямого або непрямого розігріву і анод. Низьковольтні кенотрони (допустима зворотна напруга на аноді до 2 кВ, допустима сила прямого струму сягає декількох ампер) мають оксидні катоди. Високовольтні кенотрони (напруга до 1 МВ, сила струму до 500 мА) мають оксидний або карбідований катод. З розвитком напівпровідникової техніки кенотрони повністю витіснені напівпровідниковими діодами.
Механотрон — Електронно-керована лампа, в якій керування потоком електронів та іонів здійснюється механічним переміщенням одного чи декількох їх електродів відносно інших. Може виконуватись як електровакуумний або газорозрядний прилад. Зазвичай, це різновид діода, у якому силою електронного чи іонного струму можна керувати механічним впливом ззовні. Механотрон є одним з видів електронно-механічних перетворювачів. Призначений для прецизійного вимірювання лінійних переміщень, кутів, сил і вібраціїв контрольно-вимірювальних пристроях.
Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник. Класифікацію напівпровідникових діодів проводять за наступними ознаками:
за методом отримання переходу бувають:
точкові, у яких використовується пластинка германію або кремнію з електропровідністю n-типу, завтовшки 0,1…0,6 мм і площею 0,5...1,5 мм²; з пластинкою стикається загострений провідник з нанесеною на вістря домішкою. При цьому з вістря в основний напівпровідник дифундують домішки, які створюють область з іншим типом електропровідності. Таким чином, біля вістря утворюється мініатюрний р-n перехід півсферичної форми;
планарні, у яких р-n перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності, причому площа переходу у різних типів діодів лежить в межах від сотих долей квадратного міліметра до декількох десятків квадратних сантиметрів (силові діоди). Площинні діоди виготовляються методами сплавлення (вплавлення) або дифузії;
діод Шотткі (названий на честь імені німецького фізика Шотткі Вальтера), також відомий, як «діод з гарячими носіями», є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, якбар'єр Шотткі, (замістьp-n переходуяк у звичайних діодів);
за матеріалом напівпровідникові діоди бувають: германієві, кремнієві, арсенідо-галієві тощо;
за фізичними процесами, на використанні яких базується робота діода:
тунельні (діоди Лео Есакі) — напівпровідникові елементи електричного кола з нелінійною вольт-амперною характеристикою, на якій існує ділянка з від'ємною диференційною провідністю, наявність якої базується на кванотовомеханічних ефектах. Застосовуються як підсилювачі, генератори тощо;
лавинно-пролітні напівпровідникові діоди, що працюють в режимі лавинного розмноження носіїв заряду при зворотному зміщенні електричного переходу та призначені для генерування надвисокочастотних коливань[4];
фотодіоди — це приймачіоптичного випромінювання, які перетворюють світло, що падає на його фоточутливу область велектричний зарядза рахунок процесів вp-n переході. Його можна класифікувати якнапівпровідниковийдіод, в якому використовується залежність його вольт-амперної характеристикивідосвітленості;
світлодіоди (англ.LED — light-emittingdiode) — напівпровідниковіпристрої, що випромінюютьнекогерентнесвітло, при пропусканні через нихелектричного струму(ефект, відомий якелектролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянціспектру, а йогоколірзалежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету;
діоди Ганна— тип напівпровідникових діодів, що використовується для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ. На відміну від інших типівдіодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивостях p-n переходів, а на власних об'ємних властивостях напівпровідника.
за призначенням напівпровідникові діоди поділяють на:
випрямні напівпровідникові діоди, призначені для перетворення змінного струму в пульсуючий;
імпульсні — напівпровідникові діоди, що мають малу тривалість перехідних процесів в імпульсних режимах роботи;
варикапи (діод Джона Джеумма) — напівпровідникові діоди, ємність яких керується зворотною напругою, і які призначені для застосування як елементи з електрично керованою ємністю;
стабілітрони (діод Зенера) — напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як джерело опорної напруги;
напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як згладжувачі викидів (піків) напруги (англ.surge suppressorабо TVS)
детекторні — напівпровідникові діоди, призначений для детектування сигналу;
детекторні НВЧ — напівпровідникові діоди, призначені для детектування надвисокочастотного сигналу;
параметричні — варикапи, що призначені для застосування в діапазоні надвисоких частот у параметричних підсилювачах,
змішувальні — напівпровідникові діоди, призначені для перетворення високочастотних сигналів у сигнал проміжної частоти.