Диоды с отрицательным сопротивлением

Это диоды, на ВАХ которых имеются участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

По виду ВАХ делятся на приборы с характеристикой S – типа и N – типа. На этих ВАХ именно дифференциальное сопротивление является отрицательным, так как любое сопротивление есть величина положительная. Слово дифференциальное обычно опускают, называя просто отрицательное сопротивление.

S – типа

Каждому значению тока I соответствует одно значение напряжения U. Поэтому их называют приборами управляемыми током.

 

N – типа

Каждому значению напряжения соответствует одно значение тока I.

Эти приборы, управляемые напряжением. Говорят об отрицательной проводимости.

 

На ВАХ диодов

, – напряжение и ток в начале участка с отрицательным сопротивлением, называют U и I срыва. Другое название – пиковые. ( и ). Другое – U и I включения.

– напряжения и ток в конце участка, называют остаточным напряжением и током. Другое название – и впадены. ( и ).

 

Туннельный диод.

 

Как пример диода с ВАХ N–типа.

Для создания диодов данного класса используют туннельный эффект – «просачивание» электронов сквозь потенциальный барьер (характеристика 1) и диффузионный ток (характеристика 2). При определенных условиях осуществляют переход с характеристики 1 на характеристику 2. При критической концентрации носителей участка с отрицательным сопротивлением нет.

1. Для создания туннельных диодов используют p-n переходы с узкой областью объемного заряда.

2. Вырождение p и n областей (сильное легирование материала). Обуславливают узкий запорный слой.

3. Уровень Ферми расположен в разрешенной области. В валентной зоне p-области и в зоне проводимости n-области.

1. U=0. Электроны (зоны проводимости n-области противостоят уровням валентной зоны p-области). Переходы из области в область по горизонтали равны

Участок 1÷2÷3.

Энергетические уровни p-области понизятся, а n-области – увеличатся. Вероятность «просачивания» электронов из n-области в p-область больше, чем из p-области. При возрастании напряжения ток p-n перехода растет до совмещения уровня Ферми зоны проводимости n-области с уровнем Ферми валентной зоны p-области (рис.2)

 

Участок 3÷4÷5. Напряжение увеличивается, теперь только часть уравнений ЗП n-области располагаются против уровней ВЗ p-области. Ток перехода уменьшается.

С

Появляется диффузионный ток как у обычного диода.

Участок 1÷7 . Обратный ток

ВЗ p-области против свободных уровней эл. ВЗ p-области в n-область. Обратный ток достаточно большой.

 

Участок 3÷5 – рабочий участок с отрицательной проводимостью.

 

Эквивалентная схема

– сопротивление потерь,

– дифференциальное сопротивление.

– индуктивность диода (полная)

– емкость корпуса,

 

Обращенный диод

 

Разновидность туннельного диода

Концентрация критическая. Мак. и мин. на одном уровне.

ВАХ переворачивают и считают обратную ветвь прямой. Тогда прямое сопротивление обычных плоскостных диодов.

Предназначены для работы при малых сигналах. Надо помнить, что мало и обратное напряжение 0,3 – 0,5 В.

 

 

П/п фотоэлектронные приемники излучения

 

Фоторезисторы содержат: 1 – светочувствительный п/п,

2 – подложка,

3 – контакты.

Под действием света увеличивается число свободных носителей заряда, что приводит к уменьшению сопротивления и соответственно к увеличению тока

E – напряженность электрического поля,

S – Площадь сечения п/п,

– фотопроводимость.

ф – интенсивность облучения,

– коэффициент пропорциональности,

– концентрация носителей заряды, возбужденные светом.

()

ВАХ – при ф=const, или при U=const

Параметры и характеристики

1. Интегральная чувствительность. Оценивается коэффициентом

при .

С ростом температуры коэффициент уменьшается.

2. Удельная чувствительность. Оценивается коэффициентом

, , .

3. Иногда используют параметр – относительное изменение сопротивления . Очень важный параметр с точки зрения схемных решений и использования в технике.

.

4. Параметр кратности – .

5. Спектральная чувствительность

– длина волны. Максимум получают на длине волны, соответствующей энергии перехода электрона в зону проводимости.

6. Пороговая чувствительность

7. Инерционность прибора. Нарастание и спад определяются временем накопления носителей тока (неравновесных).

.

8. ТКФ – температурный коэффициент фототока

.

Особенность. Старение элемента со временем .

 

Фотодиоды

Два режима работы:

– фотогальванический (вентильный)

– фотодиодный (с внешним источником, приложенным в запирающем направлении).

В фотогальваническом режиме осуществляется прямое преобразование световой энергии в электрическую. Под действием светового потока образуется пара носителей заряда, которая направляется к p-n переходу. При расстоянии до перехода меньше диффузионной длины пара электрон – дырка достигают перехода, обладая разной подвижностью и один из них является не основным носителем, поэтому один заряд как не основной преодолевает переход, а для другого условия перехода затруднены. В результате на одной стороне перехода образуется избыточный заряд электронов, а на другой – дырок. Состояние перехода изменяется, это воспринимается на выводах прибора как наличие фото-ЭДС.

к снижению контактной разности потенциалов и появлению на выводах фотоЭДС.

ВАХ – фотогальваническому режиму соответствует квадрант IV.

ВАХ – диодный режим – III.

ВАХ – прямое включение диода – I.

При Ф=0 ВАХ фотодиода совпадает с ВАХ обычного диода.

При увеличении светового потока появляются дополнительные носители заряда, что приводит к смещению ВАХ.

В фотогальваническом режиме имеем

.

В фотодиодном режиме ток I определяется как

.

Световая характеристика при U=const, спектральная чувствительность по форме как у фоторезисторов.

Частотная характеристика – зависимость выходного напряжения от частоты модуляции светового потока при определенном сопротивлении в цепи диода.

Необходимо помнить, что

 

Светоизлучающие диоды

Прибор с одним излучающим p-n переходом. Осуществляет непосредственное преобразование электрической энергии в световую за счет рекомбинации электрон-дырка. Не основные носители (инжектируемые эмиттером) рекомбинируют и излучают освободившуюся энергию в виде квантов света. (Избыточные электроны рекомбинируют в р-области, а избыточные дырки – в n-области).

Длина волны излучаемого света однозначно определяется энергией кванта, которая пропорциональна ширине запрещенной зоны. Для диодов, изготовленных на основе арсенид галлия, = мкм, то есть имеет место инфракрасное (невидимое) излучение.

Излучение возможно и при обратном включении светодиода. Свет излучается электронно-дырочной плазмой, возникающей в приборе. Однако интенсивность излучения меньше.

Светодиоды работают в импульсном режиме. При этом через прибор можно пропускать значительно большие токи и получать в импульсе большую мощность излучения. Они обладают малой инертностью

Возможна работа на частоте до 100МГц.

Нестабильность амплитуды вспышки – 1% при фронте и спаде 3 нс.

Могут быть изготовлены одиночными и матрицами. Особый интерес представляет ОПТРОН (оптронная пара). Он представляется совокупностью светодиода, генерирующего свет под действием электрического тока, и фотоприемник (фотодиод, фототранзистор), реагирующий на этот свет.

Светодиоды легко сопрягаются с ИС.

Свечение: голубое, зеленое, желтое, красное, оранжевое. Есть возможность изменения цвета свечения.

1. Смешивание двух или нескольких цветов.

2. Изменение тока. При увеличении тока цвет свечения изменяется благодаря насыщению одного цвета и увеличению интенсивности другого цвета.

3. Включение встречно-параллельно двух диодов с разным цветом свечения. При изменении полярности питающего напряжения меняется и излучаемый цвет.

4. Использование антистоксовекого люминофора для преобразования ИК излучения.