Способы уменьшения инерционности импульсного диода (повышение быстродействия)

· В базу диода вводится небольшое количество золота. При этом возникают так называемые «локальные ловушки» для ННЗ, т.е. образуются дополнительные центры рекомбинации, и рассасывание избыточных зарядов идет быстрее.

Кроме того, легирование золотом снижает емкость диода, следовательно, уменьшается и ток заряда этой емкости, а, значит, уменьшается и импульс обратного тока.

 

· Используют диоды с малой площадью p-n перехода, т.е. диоды с малой емкостью, например, точечные диоды.

 

· Используют сверхбыстродействующие диоды Шотки (выпрямляющий контакт Ме-п/п).

Эти диоды работают без накопления ННЗ в области базы, следовательно, не требуется времени на их рассасывание, т.е. процесс переключения диода происходит очень быстро.

Фотодиод

Фотодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие световую энергию в энергию электрическую.

Обозначение:

Изготавливают фотодиоды из германия и кремния. Работает фотодиод при обратном включении.

Устройство:

P-n переход помещается в металлический корпус со стеклянным окном.

Принцип работы:

Принцип работы фотодиода основан на внутреннем и внешнем фотоэффекте. Когда диод не освещен, в цепи протекает обратный темновой ток небольшой величины . При освещении фотодиода происходит фотогенерация пар НЗ (т.е. возникает внутренний фотоэффект – валентные электроны, получив световую энергию фотонов, переходят из ВЗ в ЗП). Проводимость диода при этом возрастает, следовательно, возрастает обратный ток фотодиода до значения . Разность между световым и темновым токами называется фототоком:

 

Фотодиод может включаться в схему как с внешним источником питания (фотодиодный режим), так и без него (ве́нтильный режим).

 

(Используется при слабых световых (Используется при мощных

потоках) световых потоках, например,

солнечное излучение)

hν

Рассмотрим фотодиодный режим:

p n

ННЗ Ө

Е_ВН ННЗ

Е_ВНЕШН

UОБР

 

 

а) Пусть имеется поток фотонов с энергией . Образовавшиеся за счет фотогенерации НЗ диффундируют к переходу. Суммарное поле перехода ( ) является ускоряющим для ННЗ, поэтому ННЗ перебрасываются полем в соседние области, образуя световой ток .

б) Пусть освещение перехода отсутствует. В этом случае фотогенерация также будет отсутствовать, поэтому через переход суммарным полем будут перебрасываться в небольшом количестве ННЗ, образованные за счет генерации, и через диод будет протекать темновой ток небольшой величины.

Рассмотрим ве́нтильный режим:

В этом режиме будут происходить те же самые процессы, что и в фотодиодном режиме, только переброс ННЗ через переход будет осуществляться исключительно за счет внутреннего поля .

Применение фотодиодов:

· В вычислительной технике фотодиоды используют в устройствах ввода-вывода информации, т.к. фотодиоды обладают хорошей развязкой между входом и выходом (отсутствует электрическая связь между входом и выходом).

· В кино-, фото-аппаратуре.

· В оптронах в качестве фотоприёмников.

· Вентили – в качестве солнечных батарей.

 

Светодиод

Светодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие электрическую энергию в световую.

Обозначение:Пример: АЛ102Б, АЛ307А

Светодиоды работают при прямом включении.

 

Принцип работы:

Под действием прямого напряжения ОНЗ диффундируют в соседние области, где они рекомбинируют с зарядами противоположного знака. Рекомбинация сопровождается переходом электронов из ЗП в ВЗ. При этом выделяется энергия в виде квантов излучения .

W(эВ)

Ө

W_П

W_В

Для получения видимого излучения, необходимо, чтобы длина волны находилась в пределах: .

Но т.к. длина волны обратно пропорциональна частоте излучения (), а частота излучения связана с шириной запрещенной зоны (), то условие видимости излучения можно переписать следующим образом: .

Отсюда видно, что германий и кремний для изготовления светодиодов непригодны, т.к. они имеют ширину запрещенной зоны меньшую, чем необходимо для видимого излучения ( ).

Для изготовления светодиодов применяется фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), тройные соединения, называемые твердыми растворами и состоящими из галлия, алюминия и мышьяка (Ga, Al, As) или галлия, мышьяка, фосфора (Ga, As, P).

Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получить свечение различного цвета.

Кроме светодиодов, дающих видимое свечение, используются светодиоды инфракрасного излучения на основе арсенида галлия (GaAs), у которого . Они применяются в фотореле, различных датчиках, пультах, входят в состав некоторых оптронов.

Конструктивно светодиоды выполняются:

· В непрозрачных корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение.

· В прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение.

· В бескорпусном варианте.

Применение:

Для индикации, реле, датчики, пульты.

Лазеры

Существование лазера предсказал писатель Алексей Толстой в своем произведении «Гиперболоид инженера Гарина». Лазеры бывают: твердотельные, жидкостные, газовые (в зависимости от состояния рабочего вещества).

Принцип работы лазера

Для эффективного использования света желательно получить синхронное (одновременное) и синфазное (одинаковое по фазе) излучение атомов, т.е. так называемое когерентное излучение.

Пусть имеется цепочка возбужденных атомов. Атом считается возбужденным, если электрон в нем перешел со своей основной орбиты на более высокую за счет получения дополнительной энергии, например, за счет поглощения света (световой энергии), под влиянием температуры (тепловой энергии), при ударе в атом внешнего электрона (кинетической энергии) и т.д.

Пусть внешний фотон (т.е. порция световой энергии, называемая квантом) ударяется в крайний атом по направлению вдоль цепочки. Это вызовет излучение фотона из этого атома, т.е. возникнет уже два фотона. Один из них ударит в следующий атом и т.д. - имеем «принцип домино». В результате световой поток усиливается в огромное число раз. Теоретически коэффициент усиления может достигать гигантского значения – 10²⁰.

Причем, двигаться эта огромная армия фотонов, имеющих одинаковую энергию, будет в одном направлении, т.е. излучение будет когерентным!

Постоянное подведение к основному веществу дополнительной энергии (для возбуждения большого количества атомов и получения когерентного излучения) называется накачкой.

Рассмотренный примитивный вариант усилителя света получил название лазер – от начальных букв английского выражения, в переводе означающего «усиление света с помощью вынужденного излучения».