Типы ПП резисторов, основные характеристики.

 

Полупроводниковые резисторы, об­ладающие нелинейными свойствами, называются варисторами. Они еще на­зываются нелинейными полупроводнико­выми сопротивлениями (НПС). Основным материалом для варисторов служит по­рошок карбида кремния SiC с каким-либо связующим веществом. Нелиней­ность сопротивления объясняется глав­ным образом нагревом микроконтактов между зернами карбида кремния. Внеш­не варисторы оформляются в виде стержней или дисков. Варисторы можно использовать на постоянном и на переменном токе с частотой до нескольких килогерц. При более высоких частотах начинает сказы­ваться собственная емкость варистора. Практическое применение варисторов довольно многообразно. Они исполь­зуются для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напря­жения, в различных схемах автоматики. параметры варисторов:

коэффициент нелинейности б — отно­шение сопротивления постоянному току к сопротивлению переменному току);

максимальное допустимое напряже­ние (от десятков вольт до нескольких киловольт);номинальная мощность рассеяния (1-3 Вт);

температурный коэффициент сопро­тивления;

предельная максимальная рабочая температура (60-70°С).

Терморезисторы представляют со­бой полупроводниковые резисторы, у которых сопротивление сильно зависит от температуры. Терморезисторы применяются в качестве датчиков температуры и нелинейных резисторов в различных устройствах.

 

 

Составной транзистор, основные характеристики.

В схемотехнике применяется составной транзистор. Он представляет собой пару транзисторов, соединенных так, что получается элемент с очень высоким коэффициентом h_21э. Чаще встречается пара Дарлингтона (рисунок 6).

 

Рисунок 6

На основании анализа схемы можно установить следующие соотношения:

I_б2 = I_э1= (b₁+1)I_б1;

I_к = I_к1 + I_к2 = b₁ I_б1 + b₂ I_б2.

Если значение I_б2 подставить во второе равенство и разделить это равенство на I_б, то получим результирующий коэффициент усиления составного транзистора:

b=b₁+b₂+b₁b₂»b₁b₂.

Таким образом, применение составного транзистора обеспечивает значительное усиление по току. Практически b может достигать нескольких тысяч.

 

Индикаторные приборы.

 

В современной РЭ широко применятся различные индикаторные приборы, наз знаковые или цифровые индикаторы. Некоторые из них относятся к газоразрядным приборам тлеющего разряда, но сущ. и электронные электровакуумные индикаторы.

Неоновые лампы применяются в качестве индикаторов напряжения и для др. целей. Они предст. собой приборы тлеющего разряда, работающие в режиме аномального катодного падения с ограничивающим резистором.

Электролюминесцентные индикато­ры (ЭЛИ) предназначены для отобра­жения различной информации в систе­мах управления и контроля. В них используется явление электролюминес­ценции, состоящее в том, что некоторые вещества способны излучать свет под действием электрического поля. По устройству ЭЛИ представляет собой плоский конденсатор. На метал-кий электрод 4 нанесен слой диэлектрика 3 — органической смолы с люминесцирующим порошком, основу которого обычно составляет сульфид или селенид цинка. Сверху люминесцирующий слой покрыт элект­ропроводящей прозрачной пленкой 2. Для предохранения от внешних воздей­ствий служит стеклянная пластинка 1. Если к электродам 4 и 2 приложить переменное напряжение, то под дейст­вием электрического поля в слое 3 возникает свечение.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) основаны на использовании так называемых жидких кристаллов (ЖК), пред­ставляющих собой некоторые органиче­ские жидкости с упорядоченным рас­положением молекул, характерным для кристаллов. В настоящее время известно большое число жидкокристаллических веществ и они изучены достаточно хо­рошо. Между двумя стеклянными пластинками, склеенных с помощью полимерной смолы, находится слой жидкого кристалла, толщиной 10-20мкм. Нижняя пластинка покрыта сплошным проводящим слоем с зеркальной поверхностью. На верхнюю нанесены прозрачные слои- электроды, от которых сделаны выводы. Если на знаковые электроды не подано напряжение -ЖК прозрачен.

 

Приборы тлеющего разряда

Стабилитроны - приборы тлеющего и коронного разряда. Наиболее распро­странены стабилитроны тлеющего раз­ряда, работающие в режиме нормаль­ного катодного падения. В последнее время они все чаще заменяются полу­проводниковыми стабилитронами.

Поскольку темный разряд, предшест­вующий тлеющему, не используется, его не показывают на вольт-амперной характеристике стабилитрона (рис. 21.6). Точку возникновения разряда А отме­чают на вертикальной оси. К тому же миллиамперметр для измерения тока тлеющего разряда не покажет ничтожно малого тока темного разряда.

Область нормального катодного па­дения, пригодная для стабилизации, ограничена минимальным током I_min и максимальным I_mах. Наиболее распространены двухэлектродные стабилитроны с цилиндрическим катодом из никеля или стали. Анодом служит проволочка диаметром 1-1.5 мм. Баллон наполнен смесью инертных газов под давлением в тысячи паскалей.

Осн. параметры стабилитрона:нормальное рабочее напряжение или напряжение стабилизации, напряжение возникновения разряда, мин и макс ток изменения напряжения стабилизации, и внутренн. сопротивление переменному току.Шир. применение получили тиратроны тлеющего разряда, с тремя ил и более электродами. Они используются в автоматике, в релейных и счетных схемах + в импульсных генераторах. В тиратронах между анодом и катодом расположен третий электрод, наз. сеткой или пусковым электродом. Изменяя напряжение сетки, можно полностью управлять анодным током. После возникновения разряда сетка теряет управляющее действие. К приборам тл. разряда также можно отнести: неоновые лампы, знаковые индикаторы тл. р-да,,ваккууные люминесцентные индикаторы, ЖКИ, и т.д.

 

 

79 Фоторезисторы.

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. На диэлектрическую пластину 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контак­тами 3 по краям. Схема включения фоторезистора приведена. Полярность источника питания не играет роли. Если облучения нет, то фоторези­стор имеет некоторое большое сопро­тивление R_T, называемое темновым. Оно является одним из параметров фоторе­зистора и составляет 10⁴—10⁷ Ом. Соот­ветствующий ток через фоторезистор называют темновым током. При дей­ствии излучения с достаточной энерги­ей фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар подвижных носителей заряда (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается.

Для фоторезисторов применяют раз­личные полупроводники, имеющие нуж­ные свойства. Так, например, сернистый свинец наиболее чувствителен к инфра­красным, а сернистый кадмий — к види­мым лучам. Фоторезисторы характери­зуются удельной чувствительностью, т. е. интегральной чувствительностью ', отнесенной к 1 В приложенного напря­жения: . Ф-световой поток. Обычно удельная чувствительность составляет несколько сотен или тысяч микроампер на вольт-люмен.

Фоторезисторы имеют линейную вольт-амперную и нелинейную энерге­тическую характеристику (рис. 13.2). К параметрам фоторезисторов кроме тем-нового сопротивления и удельной чув­ствительности следует еще отнести мак­симальное допустимое рабочее напряже­ние (до 600 В). Кратность изменения сопротивления (может быть до 500), тем­пературный коэффициент фототока ТКФ= I/(I T). Значительная зависи­мость сопротивления от температуры, характерная для полупроводников, яв­ляется недостатком фоторезисторов. Су­щественным недостатком надо считать также их большую инерционность, объ­ясняющуюся довольно большим време­нем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения.

 

 

Фотодиоды.

 

Фотодиоды представляют собой по­лупроводниковые диоды, в которых ис­пользуется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происхо­дит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обрат­ный ток увеличивается. Такой режим работы называется фотодиодным (рис. 13.3). Вольт-амперные характери­стики I =f(U) при Ф = const для фото­диодного режима. Если светового потока нет, то через фотодиод протекает обычный начальный обратный ток I₀, который называют темновым. А под действием светового потока ток в диоде возраста­ет и характеристика располагается вы­ше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного на­пряжения на диоде незначительно уве­личивает ток.

Имеются несколько разновидностей фотодиодов. У лавинных фотодиодов происходит лавине размножение носителей в n-p переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность. В фотодиодах с барьером Шотки имеется контакт полупроводника с металлом. Это диоды с повышенным быстродействием. Улучшенными свойствами обладают фотодиоды с гетеропереходами.

 

 

Фототранзисторы.

 

Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствитель­ность у фототранзисторов. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделало прозрачное «окно», через кото­рое с ветовойпоток может воздейство­вать на областьбазы. Схема включения биполярного фототранзистора типа р — п — р со «свободной», т. е. никуда не включенной, базой, приведена на рис. 13.10, Как обычно, на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундирую! к коллектор­ному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фото­диоде. Дырки под действием поля кол­лекторного перехода идут из базы в кол­лектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повы­шают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток кол­лектора. В транзисторе типа п — р — п все происходит аналогично. Параметры фототранзисторов — ин­тегральная чувствительность, рабочее напряжение (10—15 В), темновой ток (до сотен микроампер), рабочий ток (до десятков миллиампер), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт), граничная частота.

 

 

 

Светоизлучающие диоды.

 

Вкачестве малоинерционных полу­проводниковых источников излучения все шире применяются светоизлучаю-щие диоды (светодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называют инжекционными светодиода-ми. А свечение, возникающее в свето-диодах, относят к явлению так назы­ваемой инжекционной электролюмине­сценции.

При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей за­ряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов в n-области больше, чем кон­центрация дырок в р-области, т. е. п_n > > р_р, то происходит инжекция электро­нов из n-области в р-область. Инжек­тированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой об­ласти, в данном случае с дырками р-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергети­ческих уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рис. 13.15). При этом выделяется фо­тон, энергия которого почти равна ши­рине запрещенной зоны W, т. е. .

Основные параметры светодиодов следующие:

1. Сила света, измеряемая в канделах и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет десятые юли или единицы милликандел. Напом­ним, что кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стан­дартным источником.

2. Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхно­сти. Она составляет десятки — сотни кандел на квадратный сантиметр.

3. Постоянное прямое напряжение 2-3 В).

4. Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному свето­вому потоку.

5. Максимальный допустимый по­стоянный прямой ток. Обычно он со­ставляет десятки миллиампер.

6. Максимальное допустимое посто­янное обратное напряжение (единицы вольт).

7. Диапазон температур окружающей среды, при которых светодиод может нормально работать, например от -60 до +70 °С. Важной характеристикой является диаграмма направленности из­лучения, которая определяется конструк­цией диода, в частности наличием лин­зы, и другими факторами. Излучение может быть направленным или рассеян­ным (диффузным).