Импульсные, высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды

 

Все эти типы диодов фактически являются теми же самыми выпрямительными диодами, но работающими на более высоких частотах.

Импульсные диоды предназначены для работы с им-пульсными сигналами и должны хорошо передавать фронты импульсов, где, как известно, и заключается высокочастотная часть спектра сигнала.

Высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды применяются в радиотехнике для передачи радио-сигналов. СВЧ диоды могут работать на частотах в сотни МГц. Они обозначаются буквой А. Все остальные, включая выпрями-тельные – буквой Д.

 

Стабилитроны

 

Стабилитроны (в зарубежной литературе называются «диоды Зенера») – это особый тип диодов, используемых для стабилизации напряжения. Основной особенностью стабилитро-нов является то, что их напряжение в области электрического пробоя слабо зависит от тока. На рисунке 2.9 показаны условное обозначение и ВАХ стабилитрона.

 

Как видно из рисунка, рабочим участком стабилитрона является обратная ветвь, а именно – участок электрического пробоя, где линия ВАХ идёт практически вертикально (в отличие от ВАХ обычных диодов, показанную на рисунке 2.7).

 

Стабилитроны обозначаются буквой С, например: КС156.

 

Рисунок 2.7 – Условное обозначение и ВАХ стабилитрона выпрямительного диода

 

Основные справочные параметры стабилитронов:

- напряжение стабилизации U_ст (на рисунке – U_пробоя);

- максимальный и минимальный токи стабилизации (I _ст.max и I _ст.min). В этих пределах тока обратное напряжение при-мерно постоянно – это основной участок работы стабилитрона.

- максимальная рассеиваемая мощность (P_{m ax});

- дифференциальное сопротивление r_диф=dU_ст/ d I_ст). Это сопротивление характеризует наклон ВАХ на участке стаби-лизации, отклонение от вертикали. Может быть как положитель-ным, так и отрицательным.

- температурный коэффициент напряжения (ТКН), показывающий, на сколько процентов изменяется U_ст при изме-нении температуры на 1⁰С.

Практически всем электронным устройствам необходимо постоянное напряжение питания в пределах единиц-десятков вольт. В то же время, как известно, промышленное напряжение сети 220 В является переменным. Поэтому всем электронным устройствам необходим блок питания (БП), формирующий нужное постоянное напряжение. Правильно в литературе его называют «источник вторичного электропитания». Тема блоков питания требует отдельного рассмотрения, включая их класси-фикацию, параметры и т.д. В данном параграфе рассмотрим, как в этом может помочь стабилитрон.

Рисунок 2.8 – Простейший блок питания

+

-

U вых

U вых

При помощи стабилитрона можно построить простой блок питания, показанный ниже на рисунке 2.8.

 

Такой БП включает в себя:

 

1) Понижающий трансформатор (Tr) – преобразует высокое напряжение 220 В в более низкое (примерно равное нужному постоянному напряжению).

2) Выпрямитель – в схеме представляет собой рассмот-ренный ранее диодный мост (VDS).

3) Сглаживающий фильтр (С1) - представляет собой фильтр нижних частот (см. тему «Фильтры»).

4) Стабилизатор напряжения – построен на резисторе R и стабилитроне VD.

Обратите внимание на правильность полярности подклю-чения стабилитрона: поскольку рабочим участком является об-ратная ветвь, то полярность от «-» к «+».

На рисунке 2.9 показаны временные диаграммы, описы-вающие работу блока питания. Напряжение U₁ – это понижен-ное переменное напряжение с выхода трансформатора. С выхо-да диодного моста оно преобразуется в однополярное – пульси-рующее - U₂. После подключения конденсатора напряжение сглаживается - U₃.

Рисунок 2.9 – Временные диаграммы блока питания

t

t

t

t

U1

U2

U3

U4

При подключении стабилизатора напряжения – оно уже имеет вид, близкий к постоянному - U₄. Выходное напряжение будет определяться напряжением стабилизации U_ст стабилитрона VD.

 

Для стабилизации напряжения обоих полярностей можно применить два встречно включённых стабилитрона. Выпускают-ся также двуханодные или двусторонние стабилитроны, пока-занные на рисунке 2.10. Это просто два стабилитрона в одном корпусе.

Рисунок 2.10 – Двуханодный стабилитрон

Существуют также стабисторы. Это диоды, у которых для стабилизации используется прямая ветвь ВАХ. Напряжение стабилизации составляет около 0, 7-1 В, что, естественно, сильно ограничивает их применение. Обозначается стабистор как обыч-ный выпрямительный диод.

 

Варикапы

 

Варикапы (другое название – параметрические диоды ) – это диоды, в которых существует зависимость ёмкости от обратного напряжения: C= f ( U _обр ). Название это сложилось из начальных букв английского VARIable C A P acitor – переменный конденсатор. Условное обозначение варикапа показано на рисунке 2.11. Оно как бы символизирует диод и конденсатор вместе.

Рисунок 2.11 – Варикап

Рабочим участком ВАХ у варикапа является обратная ветвь.

 

 

Варикапы используются в качестве конденсаторов пере-менной ёмкости, у которых ёмкость управляется напряжением. Казалось бы, это гораздо удобнее в электронной схеме, чем использовать традиционные переменные конденсаторы, у кото-рых ручкой механически перемещаются пластины. На самом деле варикапы используются редко. Проблема в том, что они имеют очень малую ёмкость – не более 1нФ, а чаще – намного меньше. В то же время ёмкость конденсаторов в схемах должна составлять микрофарады, а то и тысячи мкФ.

 

Варикапы обозначаются буквой В, например – КВ121.

 

Справочные параметры варикапа:

- Ёмкость при заданном обратном напряжении. Обычно составляет десятки-сотни пФ.

- Коэффициент перекрытия по ёмкости K_C = C_max/C_min – отношение максимальной ёмкости к минимальной при измене-нии обратного напряжения U _обр. Составляет несколько единиц (до 10).

- Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ), пока-зывающий, на сколько процентов изменяется ёмкость при изме-нении температуры на 1⁰С.

 

Туннельные диоды

 

При изготовлении туннельных диодов используют полу-проводники с очень высокой концентрацией примесей и, следо-вательно, с высокой проводимостью (в тысячи раз больше обыч-ной). При этом в полупроводнике возникает туннельный эф-фект, благодаря чему его ВАХ имеет вид, показанный на рисун-ке 2.12.

Рисунок 2.12 – Условное обозначение и ВАХ туннельного диода

 

 

Характерными особенностями ВАХ являются наличие пика (точка А), впадины (точка В) и участка с отрицательным сопротивлением (АВ).

Почему сопротивление считается отрицательным, хотя и ток и напряжение положительны? В данном случае имеется в виду сопротивление переменному току – при возрастании напряжения ток уменьшается. Это позволяет использовать тун-нельные диоды для усиления и генерации колебаний.

Туннельные диоды обозначаются буквой И и обычно изготавливаются из арсенида галлия. Пример: АИ201.

Основные справочные параметры:

- Токи пика (I_п) и впадины (I_в).

- Напряжения пика (U_п) и впадины (U_в).

- Напряжение раствора (U_рр).

В настоящее время туннельные диоды применяются редко, а уж в вычислительной технике – тем более.

 

Светодиоды

 

В светодиодах при протекании прямого тока происходит излучение света в видимом диапазоне. Условное обозначение показано на рисунке 2.13. Английское название – LED – Light Emitted Diod.

 

 

 

Рисунок 2.13 – Обозначение светодиода в схеме

 

Светодиоды обозначают буквой Л. Пример: АЛ341Б. Для изготовления обычно используют фосфид галлия (GaP) или карбид кремния (SiC), хотя возможно использование и других материалов.

Основные параметры светодиодов:

- Номинальный и максимальный прямые токи.

- Цвет излучения (или длина волны).

- Яркость (Кл/м²).

- Сила света (мкКд или мКд).

 

Светодиоды очень широко применяются в настоящее вре-мя в качестве индикаторов, имея много достоинств. В ХХ веке в учебниках писалось, что недостатком светодиодов является недостаточная яркость, однако в последние десятилетия техно-логия шагнула далеко вперёд и сейчас светодиоды используются в фонариках, светофорах и пр., что ранее было немыслимо.

Раньше промышленностью выпускались светодиоды лишь нескольких цветов: красного, зелёного, жёлтого. В настоя-щее время они бывают практически любого цвета. Существуют также инфракрасные светодиоды.

 

Фотодиоды

 

Если глубоко не вдаваться в теорию, - фотодиод преобра-зует попадающий на него свет в напряжение. В фотогальвани-ческом режиме это происходит без внешнего источника энер-гии и фотодиод сам является источником ЭДС и может вызы-вать небольшой прямой ток.

Однако гораздо более распространённым является фотодиодный режим – при на диод подаётся обратное напряже-ние от внешнего источника. В этом случае существует линейная зависимость обратного тока от освещённости. Обозначение фотодиода показано на рисунке 2.14. Оно отличается от свето-диода только направлением стрелок и интуитивно понятно. Обозначаются фотодиоды буквами ФД.

 

 

 

Рисунок 2.14 – Обозначение фотодиода

 

 

Биполярные транзисторы

 

Общие сведения

 

Биполярный транзистор (далее – просто транзистор) – полупроводниковый прибор, имеющий два p-n перехода и три вывода – от каждой из трёх областей полупроводника. Название «биполярный» связано с тем, что в работе такого транзистора используются носители заряда обоих знаков: и электроны, и дырки.

Средняя область имеет один тип проводимости и называ-ется база, а две крайние – другой тип проводимости. Называют-ся они эмиттер и коллектор. Таким образом, возможны два варианта структуры: p-n-p или n-p-n. Структура транзистора и условное обозначение показаны на рисунке 2.15. Слева – транзи-стор типа p-n-p, справа - n-p-n. Электрод со стрелкой – эмиттер.

Раньше дискретные транзисторы нужно было обводить кружком, а в составе микросхем – без кружка. Кружок как бы символизирует корпус прибора. Но уже много лет можно ни в каких схемах кружок не рисовать, хотя и обозначение в кружке тоже является правильным.

p

n

p

Эмиттер

Эмиттерный переход

Коллекторный переход

База

Коллектор

n

p

n

Б

Э

К

Рисунок 2.15 – Структура и условное обозначение транзисторов p-n-p и n-p-n

Б

Э

К

 

В данных рисунках в структуре транзистора эмиттер и коллектор равноценны. Однако конструктивно они существенно отличаются: коллектор имеет существенно большую площадь, чем эмиттер и концентрация ПНЗ в них разная. База является очень тонкой плёнкой, которая в данном масштабе рисунка была бы просто не видна.

Возможные варианты конструктивного устройства бипо-лярного транзистора показаны на рисунке 2.16, хотя и в них масштаб, естественно, не соблюдается.

 

 

 

 

Рисунок 2.16 – Конструкция биполярного транзистора

 

Биполярные транзисторы обозначаются буквой Т. Напри-мер, популярный транзистор: КТ315Г.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: