Файл: 1. Полупроводники. Основные положения теории электропроводимости. Собственная и примесная проводимость полупроводника.docx

p-n-перехода стабилитрона в режим устойчивого пробоя и, как следствие, стабильное значение напряжения стабилизацииU_ст.

3. 
   максимально допустимый ток стабилизации I_ст max.
   

Максимально допустимый ток стабилизации – это максимальный ток, при котором гарантируется надежная работа стабилитрона. Он определяется максимально допустимой рассеиваемой мощностью прибора. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения I_ст maxво избежание теплового пробоя полупроводниковой структуры и выхода стабилитрона из строя.

4. 
   н оминальный ток стабилизации:
   

. (7)

5. 
   номинальное напряжение стабилизации U_ст ном– падение напряжения на стабилитроне в области стабилизации при номинальном значении токаI_ст ном.
   
6. 
   д инамическое (дифференциальное) сопротивление – отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока:
   

Ч ем меньше r_д, тем лучше стабилизация напряжения.

7. 
   статическое сопротивление стабилитрона R_ств данной рабочей точке характеризует омические потери:
   

8. 
   коэффициент качества стабилитрона:
   

Коэффициент качества представляет собой отношение относительного изменения напряжения на стабилитроне к относительному изменению тока. Качество стабилитрона тем выше, чем меньше Q.

9. 
   температурный коэффициент напряжения стабилизации.
   

Температурный коэффициент напряжения стабилизации α_Uстпоказывает, на сколько процентов изменится относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1°C и постоянном токе стабилизации:

,[%/°С]. (11)

В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает из-за уменьшения ширины запрещённой зоны. Поэтому напряжение стабилизации у

---

таких стабилитронов при нагревании уменьшается, то есть они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН.

В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН.

Минимальный ТКН имеют кремниевые стабилитроны с напряжением пробоя 5-7 В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно.

---

9 Светодиоды. Принцип работы, графическое обозначение . Основные характеристики и параметры.

Светодиод – это полупроводниковый прибор, генерирующий при прохождении тока оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное

Принцип работы

При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A^IIIB^V и A^IIB^VI Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.



- Одним из основных параметров светодиодов является: яркость — величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности (измеряется в канделах на квадратный метр).

- Световой поток (Ф, Лм) – мощность лучистой энергии, оцениваемая по световым ощущениям, которые испытывает глаз.

- Сила света – световой поток проходящий на единице телесного угла в заданном направлении (мКд)

- Спектральная характеристика светодиода выражает зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света и дает представление о цвете свечения светодиода. Длина волны излучаемого света определяется разностью энергий двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов на излучательном этапе процесса рекомбинации и определяется исходным полупроводниковым материалом и легирующими примесями.

---

- Падение напряжения (2-4)В

- Плоский угол в пределах которого сила света составляет не менее половины силы света от максимального

10. Фотодиоды. Принцип работы, графическое обозначение . Основные характеристики и параметры.

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n-области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p и n находится слой нелегированного полупроводника i. p-n- и p-i-n-фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода C_p-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

• 
  фотогальванический — без внешнего напряжения
  
• 
  фотодиодный — с внешним обратным напряжением
  

Особенности:

• 
  простота технологии изготовления и структуры
  
• 
  сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
  
• 
  малое сопротивление базы
  
• 
  малая инерционность
  

Параметры:

• 
  чувствительность
  

отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.

• 
  шумы
  

помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и 

---

спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

Характеристики:

• 
  вольт-амперная характеристика (ВАХ)
  

зависимость выходного напряжения от входного тока. {\displaystyle U_{\Phi }=f(I_{\Phi })}

• 
  спектральные характеристики
  

зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

• 
  световые характеристики
  

зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

• 
  постоянная времени
  

это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.

• 
  темновое сопротивление
  

сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

• 
  инерционность
  

---