Файл: Electron_SE.pdf

26

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Øèðîêî ðîçïîâñþäæåí³ âèïðÿìí³ ä³îäè, ä³ÿ ÿêèõ áàçóºòüñÿ íà âèêîðèñ-

òàíí³ âåíòèëüíèõ âëàñòèâîñòåé p-n ïåðåõîäó.

Ñòðóêòóðà òà óìîâíå ïîçíà÷åííÿ ä³îäà, éîãî ã³äðàâë³÷íà ìîäåëü, à

òàêîæ ÂÀÕ ïîòóæíîãî âèïðÿìíîãî ä³îäà íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.3.

p

n

VD

-

+

(

-

)

(+)

U

çâ

U

ïð

à

)

 0,2     0,4    0,6    0,8

U

çâ

, 

  -200       -100

U

ïð

,

Â

I

ïð

, 

À

I

çâ

, 

ìÀ

60

- 1

- 2

â

)

40

20

0

20

°

70

°

70

°

20

°

á)

Ðèñ. 2.3 - Ñòðóêòóðà òà óìîâíå ïîçíà÷åííÿ (à), ã³äðàâë³÷íà ìîäåëü (á)

³ ÂÀÕ (â) âèïðÿìíîãî ä³îäà

óäðàâë³÷íèé ïðóæèííèé êëàïàí (âåíòèëü) ìîæå ñëóãóâàòè ã³äðàâë³÷-

íîþ ìîäåëëþ ä³îäà. Êëàïàí ìຠâëàñòèâ³ñòü îäíîñòîðîííüîãî ïðî-

ïóñêàííÿ ñòðóìåíþ ð³äèíè ó çàëåæíîñò³ â³ä íàïðÿìêó òèñêó.

Âèïðÿìí³ ä³îäè ïðèçíà÷åí³ äëÿ âèïðÿìëåííÿ çì³ííîãî ñòðóìó íèçüêî¿

÷àñòîòè.

Îñíîâíèìè ïàðàìåòðàìè âèïðÿìíèõ ä³îä³â º:

– ãðàíè÷íèé ïðÿìèé ñòðóì ä³îäà ²

ïð

 – ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìå ñå-

ðåäíº çíà÷åííÿ ñòðóìó ÷åðåç ä³îä ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó çà âèçíà÷åíèõ

óìîâ îõîëîäæåííÿ, ó ñó÷àñíèõ ä³îä³â ²

ïð

 = (0,1 

¸

 3200) À;

– ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìèé ïðÿìèé ñòðóì ä³îäà (³ìïóëüñíèé) ²

ïð màõ

,

ñòàíîâèòü (10 

¸

 50)²

ïð

;

– ïðÿìèé ñïàä íàïðóãè U

ïð

, òîáòî ñåðåäíº çíà÷åííÿ íàïðóãè íà ä³îä³

ïðè ãðàíè÷íîìó ïðÿìîìó ñòðóì³ ²

ïð

, äëÿ ä³îä³â ç êðåìí³þ ñòàíîâèòü

(0,6 

¸

 1,0) Â;

– ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìà çâîðîòíà íàïðóãà  U

çâ màõ

, ùî äîð³âíþº

ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîìó àìïë³òóäíîìó çíà÷åííþ çâîðîòíî¿ íàïðó-

ãè, ÿêå íå ïðèçâîäèòü äî âèõîäó ç ëàäó ïðèëàäó çà âèçíà÷åíèõ óìîâ

îõîëîäæåííÿ, U

çâ max

 = (50 

¸

 10000) Â.

27

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Âèãîòîâëÿþòüñÿ  âèï-

ðÿìí³ ä³îäè ïåðåâàæíî ³ç

êðåìí³þ (ó ïåðñïåêòèâ³ –

³ç  àðñåí³äó  ãàë³þ,  ÿê

á³ëüø òåðìîñò³éêîãî).

Íàéïðîñò³øà  ñõåìà

âèïðÿìëåííÿ  íàïðóãè

çì³ííîãî  ñòðóì󠠳砠çà-

ñòîñóâàííÿì  âèïðÿì-

íîãî ä³îäà íàâåäåíà íà ðèñ. 2.4. Òóò ä³îä º àâòîìàòè÷íèì êëþ÷åì,

çàìêíåíèé ÷è ðîç³ìêíåíèé ñòàí ÿêîãî âèçíà÷àºòüñÿ ïîëÿðí³ñòþ ïðè-

êëàäåíî¿ äî íüîãî íàïðóãè.

ijîäàìè  Øîòòêè íàçèâàþòü  ä³îäè,  ó  ÿêèõ  âèêîðèñòîâóºòüñÿ  íå

p-n ïåðåõ³ä, à ïåðåõ³ä ì³æ íàï³âïðîâ³äíèêîì ³ ìåòàëîì (ìîë³áäåíîì

àáî àëþì³í³ºì). Ïåðåõ³ä, àíàëîã³÷íèé äî p-n ïåðåõîäó, âèíèêຠòóò,

íàïðèêëàä, äëÿ íàï³âïðîâ³äíèêà n-òèïó çà ðàõóíîê ïåðåì³ùåííÿ åëåê-

òðîí³â ³ç íàï³âïðîâ³äíèêà ó ìåòàë. ²îíè äîíîðíî¿ äîì³øêè ñòâîðþþòü

ó ïðèãðàíè÷íîìó øàð³ ïîçèòèâíèé ïîòåíö³àë, ÷åðåç ùî âèíèêຠêîí-

òàêòíà ð³çíèöÿ ïîòåíö³àë³â. Ïðè ïîäà÷³ çîâí³øíüî¿ íàïðóãè òàêèé ïå-

ðåõ³ä âåäå ñåáå àíàëîã³÷íî äî p-n ïåðåõîäó. Àëå ïðÿìå ïàä³ííÿ íà-

ïðóãè íà íüîìó çíà÷íî ìåíøå, îñê³ëüêè îäíèì ç ìàòåð³àë³â ïåðåõîäó

º ìåòàë ç ìàëèì îïîðîì.

Çà ðàõóíîê â³äñóòíîñò³ ïðîíèêíåííÿ ä³ðîê ç ìåòàëó ó íàï³âïðîâ³äíèê

øâèäêîä³ÿ ä³îä³â Øîòòêè òàêîæ çíà÷íî âèùà, í³æ ó çâè÷àéíèõ ä³îä³â,

áî â³äñóòíº ðîçñìîêòóâàííÿ íîñ³¿â ó ìåòàë³ ïðè çì³í³ ïîëÿðíîñò³ çîâí³-

øíüî¿ íàðóãè. Òîìó âîíè ìîæóòü ïðàöþâàòè íà ÷àñòîòàõ äî äåñÿòê³â

ã³ãàãåðö.

Çàâäÿêè ìåíø³é ïðÿì³é íàïðóç³ (áëèçüêî 0,3 Â) ê.ê.ä. ïðèëàäó ïðè

ïðîïóñêàíí³ âåëèêèõ ñòðóì³â (ó ñèëîâèõ âåíòèë³â) çíà÷íî âèùèé, í³æ ó

çâè÷àéíèõ êðåìí³ºâèõ íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ä³îä³â.

ijîäè Øîòòêè çíàõîäÿòü øèðîêå ðîçïîâñþäæåííÿ ÿê ó ïðèñòðîÿõ

³íôîðìàö³éíî¿ åëåêòðîí³êè, òàê ³ ó ñèëîâèõ.

ÍÏ ä³îä, íà ÿêîìó íàïðóãà â çîí³ åëåêòðè÷íîãî ïðîáîþ ìàéæå íå

çàëåæèòü â³ä ñòðóìó, íàçèâàºòüñÿ ñòàá³ë³òðîíîì. ßê ïîñòຠç ÂÀÕ,

íàâåäåíî¿ íà ðèñ. 2.5, ó çîí³ ïðîáîþ íàïðóãà íà ñòàá³ë³òðîí³ ìàéæå íå

çàëåæèòü â³ä ñòðóìó ÷åðåç íüîãî ²

ñò

.

-(+)

+(-)

u

2

u

1

VD 

R

í

TV

Ðèñ. 2.4 – Íàéïðîñò³øà ñõåìà

âèïðÿìëåííÿ íàïðóãè

28

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Ñòàá³ë³òðîíè âèêîðèñ-

òîâóþòü äëÿ ñòàá³ë³çàö³¿

íàïðóãè. Ùîá çàïîá³ãòè

òåïëîâîìó ïðîáîþ, ¿õíÿ

êîíñòðóêö³ÿ  çàáåçïå÷óº

åôåêòèâíå  â³äâåäåííÿ

òåïëà â³ä êðèñòàëó.

Îñíîâíèìè ïàðàìåòðà-

ìè ñòàá³ë³òðîíà º:

– íàïðóãà ñòàá³ë³çàö³¿

U

ñò

, ùî ñòàíîâèòü â³ä 1 äî

1000 Â;

– äèíàì³÷íèé îï³ð íà

ä³ëÿíö³  ñòàá³ë³çàö³¿  (õà-

ðàêòåðèçóº çì³íó âåëè÷èíè íàïðóãè íà ïðèëàä³ ç³ çì³íàìè ñòðóìó êð³çü

íüîãî)

ñò

ñò

ä

dI

dU

R =

,                                                   (2.3)

ùî ñêëàäຠâ³ä îäèíèöü äî äåñÿò-

ê³â Îì;

– ì³í³ìàëüíèé ñòðóì ñòàá³ë³çàö³¿

²

ñò  m³ï

  –  ì³í³ìàëüíèé  ñòðóì,  ïðè

ÿêîìó ïðèëàä ãàðàíòîâàíî çíàõî-

äèòüñÿ â ðåæèì³ ñòàá³ë³çàö³¿ – ñêëà-

äຠîäèíèö³ ì³ë³àìïåð;

– ìàêñèìàëüíèé ñòðóì ñòàá³ë³-

çàö³¿ ²

ñò ìàõ 

– ìàêñèìàëüíî äîïóñ-

òèìèé ñòðóì ÷åðåç ïðèëàä, äîñÿ-

ãຠ(0,02 

¸

 1,5) À.

 Íàéïðîñò³øà ñõåìà ñòàá³ë³çàö³¿

íàâåäåíà íà ðèñ. 2.6.

Òóíåëüíèé ä³î䠖 öå ÍÏ ïðèëàä,

ó ÿêîãî ñïåöèô³÷íèé òóíåëüíèé åôåêò

ïðèçâîäèòü äî ïîÿâè íà ÂÀÕ ïðè

ïðÿì³é íàïðóç³ ä³ëÿíêè íåãàòèâíî¿ ïðî-

â³äíîñò³ – øòðèõîâà ë³í³ÿ íà ðèñ. 2.7

+

U

ñò

U

VD1

R

îáì

R

í

-

+

-

Ðèñ. 2.6 – Ñõåìà åëåìåíòàðíîãî

ñòàá³ë³çàòîðà íàïðóãè

U

ïð

, 

Â

10

20

I

ï

I

ïð

, 

ìÀ

VD

30

I

ç

0,5

1,0

Ðèñ. 2.7 – Óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òà

ÂÀÕ òóíåëüíîãî ä³îäà

-

8           - 4

U

ñò

,

Â

U

ïð

,

Â

I

ïð

, 

À

I

ñò

, m

À

- 10

VD

40

0,4

20

0,8

- 20

0

Ðèñ. 2.5 – Óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òà ÂÀÕ

ñòàá³ë³òðîíà

29

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

(òàì æå íàâåäåíî óìîâíå ïîçíà÷åííÿ ïðèëàäó). ßê ðîáî÷à âèêîðèñòî-

âóºòüñÿ ïðÿìà ã³ëêà ÂÀÕ.

Îñíîâíèìè ïàðàìåòðàìè òóíåëüíîãî ä³îäà º:

– ñòðóì ï³êó ²

ï

, ùî ñêëàäຠ(0,1 

¸

 100) ìÀ;

– â³äíîøåííÿ ñòðóìó ï³êó ²

ï

 äî ñòðóìó çàïàäèíè ²

ç

:

)

20

5

( ÷

=

ç

ï

I

I

.

Òóíåëüí³ ä³îä蠖 øâèäêîä³þ÷³ ÍÏ ïðèëàäè, ùî çàñòîñîâóþòüñÿ â

ãåíåðàòîðàõ âèñîêî÷àñòîòíèõ êîëèâàíü òà øâèäêîä³þ÷èõ ³ìïóëüñíèõ

ïåðåìèêà÷àõ.

Âèñîêî÷àñòîòí³ ä³îäè ïðèçíà÷åí³ äëÿ ðîáîòè íà ÷àñòîòàõ äî ñî-

òåíü ìåãàãåðö, äå îñîáëèâå çíà÷åííÿ â³ä³ãðຠ³íåðö³éí³ñòü ä³îäà, ïîâ’ÿ-

çàíà ç ïðîöåñàìè íàêîïè÷åííÿ çàðÿä³â ó çîí³ p-n ïåðåõîäó ïðè â³äêðè-

âàíí³ ä³îäà òà ðîçñìîêòóâàííÿ çàðÿä³â ïðè éîãî çàêðèâàíí³ (ïðè óòâî-

ðåíí³ p-n ïåðåõîäó, ÿê çîíè, â³ëüíî¿ â³ä ðóõîìèõ íîñ³¿â çàðÿäó). Íåîáõ³-

äíî òàêîæ âðàõîâóâàòè âëàñíó ºìí³ñòü ä³îäà, ÿê ïëîñê³ííî¿ ñòðóêòóðè

(øàðè ÍÏ, ðîçä³ëåí³ çîíîþ p-n ïåðåõîäó ç âåëèêèì îïîðîì, óòâîðþ-

þòü ïàðàçèòíèé êîíäåíñàòîð). Âñå öå ïðèçâîäèòü äî òîãî, ùî ç³ çá³ëüøåí-

íÿì ÷àñòîòè çíà÷åííÿ ïðÿìîãî ³ çâîðîòíîãî ñòðóì³â ÷åðåç ä³îä ñòàþòü

ñóì³ðíèìè ³ â³í âòðà÷ຠâëàñòèâ³ñòü îäíîñòîðîííüî¿ ïðîâ³äíîñò³.

²ìïóëüñí³ ä³îäè âèêîðèñòîâóþòü ÿê êëþ÷îâ³ åëåìåíòè â ³ìïóëüñ-

íèõ ïðèñòðîÿõ. Ôàêòè÷íî, öå º ð³çíîâèä âèñîêî÷àñòîòíèõ ä³îä³â, áî âîíè

òàêîæ ìàþòü ìàëó ³íåðö³éí³ñòü, ùî çàáåçïå÷óº ìàëó òðèâàë³ñòü ïåðå-

õ³äíèõ ïðîöåñ³â ïðè çàìèêàíí³ òà ðîçìèêàíí³ êëþ÷à. Ê³íå÷íå çíà÷åííÿ

÷àñó íàêîïè÷åííÿ íîñ³¿â ó çîí³ p-n ïåðåõîäó ïðè ïåðåõîä³ ä³îäà ó ïðî-

â³äíèé ñòàí ï³ñëÿ ïîäà÷³ íà íüîãî ïðÿìî¿ íàïðóã蠖 ïðè çàìèêàíí³ êëþ-

÷ࠖ ïðèçâîäèòü äî òîãî, ùî îï³ð êëþ÷à â³ä âåëèêîãî çíà÷åííÿ äî ìàëî-

ãî çì³íþºòüñÿ íå ìèòòºâî. Íàñë³äêîì º çàòÿãóâàííÿ ôðîíòó ³ìïóëüñó

íàïðóãè íà íàâàíòàæåíí³. Ïðè íàñòóïí³é ð³çê³é ïîäà÷³ íà ä³îäíèé êëþ÷

çâîðîòíî¿ íàïðóãè, çà ðàõóíîê ðîçñìîêòóâàííÿ çàðÿä³â ç çîíè p-n ïåðå-

õîäó, çì³íþºòüñÿ ëèøå íàïðÿìîê ïðîò³êàííÿ ñòðóìó ÷åðåç ä³îä. Íà íà-

âàíòàæåíí³ ìàºìî âèêèä íàïðóãè çâîðîòíî¿ ïîëÿðíîñò³ ç àìïë³òóäîþ, ùî

äîð³âíþº àìïë³òóä³ ³ìïóëüñó. ² ò³ëüêè ÷åðåç äåÿêèé ÷àñ – ÷àñ â³äíîâëåí-

íÿ çàï³ðíèõ âëàñòèâîñòå頖 ñòðóì ñïàäຠäî íóëÿ (â³ðí³ø堖 äî çíà÷åííÿ

òåïëîâîãî çâîðîòíîãî ñòðóìó p-n ïåðåõîäó) – êëþ÷ ðîçìèêàºòüñÿ.

30

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Ôîòîä³îä蠖 ôîòîåëåêòðè÷í³ ïðèëàäè ç âíóòð³øí³ì ôîòîåôåêòîì,

ÿêèé ïîëÿãຠó òîìó, ùî ï³ä ä³ºþ ñâ³òëîâî¿ åíåð㳿 â³äáóâàºòüñÿ ³îí³çàö³ÿ

àòîì³â îñíîâíî¿ ðå÷îâèíè òà äîì³øêè. ßê íàñë³äîꠖ ñòðóì ïðè çâîðîò-

íîìó âìèêàíí³ çðîñòàº.

Ñâ³òëîä³îä蠖 ïåðåòâîðþþòü åíåðã³þ åëåêòðè÷íîãî ïîëÿ â íåòåïëî-

âå îïòè÷íå âèïðîì³íþâàííÿ. Ïðè ïðîò³êàíí³ ñòðóìó ÷åðåç ä³îä ç àðñå-

í³äó ãàë³þ ðåêîìá³íàö³ÿ íîñ³¿â çàðÿäó ñóïðîâîäæóºòüñÿ íå ò³ëüêè âèä³-

ëåííÿì òåïëà, ÿê, íàïðèêëàä, ó êðåìí³ºâîãî ä³îäà, à ùå é êâàíò³â ñâ³òëà.

Ö³ ïðèëàäè ñòðóìîâ³ – äëÿ ¿õíüî¿ ðîáîòè íåîáõ³äíî çàäàâàòè ïåâ-

íå çíà÷åííÿ ñòðóìó ÷åðåç ïðèëàä. Âîíè áóâàþòü ÷åðâîíîãî, çåëå-

íîãî, æîâòîãî òà ñèíüîãî ñâ³÷åííÿ. Êîìá³íàö³ÿ ó îäíîìó ïðèëàä³ êðè-

ñòàë³â ÷åðâîíîãî, çåëåíîãî ³ ñèíüîãî ñâ³÷åííÿ çàáåçïå÷óº îòðèìàí-

íÿ ñâ³òëîä³îäà á³ëîãî ñâ³÷åííÿ. Â³äîìèé ñâ³òëîä³îä ç çåëåíèì ³ ÷åð-

âîíèì êðèñòàëàìè, ùî çà ð³çíîãî ñï³ââ³äíîøåííÿ ñòðóì³â ó íèõ çà-

áåçïå÷óº çì³íó ñâ³÷åííÿ â³ä çåëåíîãî ÷åðåç æîâòèé ³ æîâòîãàðÿ÷èé

äî ÷åðâîíîãî, ìîæå áóòè âèêîðèñòàíèé, íàïðèêëàä, ÿê ³íäèêàòîð íà-

ëàøòóâàííÿ ðàä³îïðèéìà÷à.

Ðàí³øå ñâ³òëîä³îäè âèêîðèñòîâóâàëè â îñíîâíîìó ÿê êðàïêîâ³ ³íäè-

êàòîðí³  åëåìåíòè.  Îñòàíí³ì  ÷àñîì  ç’ÿâèëèñü  ïîòóæí³  ïðèëàäè.  Çà

ðîçì³ð³â ç ñ³ðíèêîâó ãîëîâêó âîíè  ìàþòü ïîòóæí³ñòü äî 5 Âò çà ñòðó-

ìó äî 1,5 À ïðè ïðÿì³é íàïðóç³ â³ä 2,8 äî 12 Â òà ³íòåíñèâíîñò³ âèïðî-

ì³íþâàííÿ äî 200 ëì. Ïðè öüîìó çà åôåêòèâí³ñòþ âîíè ïðèáëèçíî ó

ï’ÿòü ðàç³â ïåðåâàæàþòü ëàìïè ðîçæàðþâàííÿ òà ãàëîãåíí³ ëàìïè.

Äëÿ ïîòóæíèõ êîëüîðîâèõ ñâ³òëîä³îä³â öåé ïîêàçíèê á³ëüø í³æ ó äå-

ñÿòü ðàç³â âèùèé, îñê³ëüêè íåìຠïîòðåáè ó ñâ³òëîô³ëüòðàõ. Ç óäîñêî-

íàëåííÿì òåõíîëî㳿 ïîë³ïøóºòüñÿ êîëüîðîïåðåäà÷à, îñîáëèâî ó ñâ³òëî-

ä³îä³â á³ëîãî ñâ³÷åííÿ.

Ïîòóæí³ ñâ³òëîä³îäè çàñòîñîâóþòü â ë³õòàðÿõ, ñâ³òèëüíèêàõ, àâòî-

ìîá³ëüíèõ ôàðàõ, ñâ³òëîôîðàõ, ïðèñòðîÿõ ï³äñâ³÷óâàííÿ ôàñàä³â ñïî-

ðóä, ïàì’ÿòíèê³â, ôîíòàí³â òà ðåêëàìíèõ ùèò³â.

Çâè÷àéíî æ, ñòðîê ñëóæáè ó ñâ³òëîä³îä³â ó äåñÿòêè ðàç³â äîâøèé,

í³æ ó ëàìï ðîçæàðþâàííÿ.

Ó âàðèêàïà  ïðè çì³íàõ âåëè÷èíè çâîðîòíî¿ íàïðóãè çì³íþºòüñÿ

ºìí³ñòü, çàâäÿêè ÷îìó â³í ìîæå çàñòîñîâóâàòèñÿ, íàïðèêëàä, äëÿ àâòî-

ìàòè÷íîãî íàëàøòóâàííÿ êîíòóð³â ðàä³îïðèéìà÷à àáî òåëåâ³çîðà íà ïî-

òð³áíó ñòàíö³þ ÷è êàíàë.