Optoelektronika diodlari

3.1 Rektifikatorli diodlar
Rektifikator yarimo'tkazgichli diod O'tkazish uchun mo'ljallangan yarimo'tkazgichli diod o'zgaruvchan tok doimiyga.
Diyot o'z vazifasiga javob beradigan AC oqimi, maksimal quvvat yo'qotilishi va ulagich sohasidagi maksimal ruxsat etilgan harorat va mo'ljallangan ilovalarga muvofiq - barqarorlashtiruvchi kuchlanish, o'tish vaqti, quvvat.
Tunnel diyotining boshqa muhim parametrlari quyidagilardir: ulagichning sig'imi, o'tish vaqtlari va chastotalar. chegara ishi. Tunnel diodlari asosan ishlatiladi. tik yonbag'irli to'rtburchaklar qiyalik hosil qilish uchun kommutatsiya tizimlarida, shuningdek, kam quvvatli mikroto'lqinli signallarni kuchaytirish va ishlab chiqarish uchun mikroto'lqinli texnologiyada. Muhim xususiyat teskari diyot nol polarizatsiya kuchlanishlarida statik xarakteristikaning juda kuchli egriligi; Bu juda zaif signallarni aniqlash va aralashtirish tizimlari uchun ushbu diyotdan foydalanishni juda samarali qiladi.
Rektifikator diodlar pn-birikmasi asosida ishlab chiqariladi va ikkita hududga ega, ulardan biri past qarshilikka ega (ko'p miqdordagi aralashmalar kontsentratsiyasini o'z ichiga oladi) va emitent deb ataladi. Yana bir joy, asos, yuqori qarshilikka ega (iflos moddalarning kamroq konsentratsiyasini o'z ichiga oladi).
egishli hududlarda zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Ushbu diffuziya quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Boshqa elektromusbat donor ionlari bu mintaqada musbat kosmik zaryad hosil qiladi. Boshqa tomondan, p-mintaqa tomonida, teshiklar shaklida asosiy tashuvchilarning yo'qligi manfiy bo'shliq zaryadiga olib keladi. Ko'pchilik tashuvchilarning kontsentratsiyasining kamayishi kuzatiladigan ikkala yarim o'tkazgich mintaqasining tutashgan joyidagi maydon depletion mintaqasi deb ataladi.
Tuzatish hududi diagrammasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Bog'lanish hududida qarama-qarshi potensialga ega bo'lgan fazoviy zaryadning mavjudligi natijasida elektr maydoni induktsiya qilinadi va potentsial to'siq hosil bo'ladi. Elektrodlarga tashqi elektr maydon qo'llanilmagan hollarda dinamik muvozanat sharti paydo bo'ladi. Zaryadlanish natijasida diffuziya oqimlari va ozchilik tashuvchilari to'liq muvozanatlangan. Ushbu qutblanish oqim o'tkazuvchanligining oshishi va ichki qarshilikning pasayishi tufayli o'tkazuvchanlik polarizatsiyasi deb ataladi.
O'rtacha rektifikatsiya qilingan oqim Ivp.av, uning isishining ruxsat etilgan haroratida uzoq vaqt davomida dioddan o'tishi mumkin;
· Diod tomonidan tarqaladigan maksimal ruxsat etilgan quvvat Pmax, bunda berilgan diodning ishonchliligi ta'minlanadi.
O'rtacha rektifikatsiya qilingan oqimning ruxsat etilgan maksimal qiymatiga ko'ra, diodlar kam quvvatli (Ivp.av £ 0,3A), o'rtacha quvvatga (0,3A) bo'linadi. 10A).
Bu ko'pchilik tashuvchilarning diffuziya oqimining keskin sekinlashishiga olib keladi. Polarizatsiyaning bu usuli to'siq tomon qutblanish deb ataladi. Ulagich orqali oqadigan yagona oqim ozchilik tashuvchilarning harakatidan kelib chiqadigan kichik teskari oqimdir. To'siq tomon qutblanish katta o'sishni anglatadi.O'lcham va vaznning ortishi.
O'sish barcha tirik organizmlarning o'ziga xos xususiyati va atrof-muhitdan ozuqa moddalarini olish natijasidir. Ushbu yo'nalishdagi elektr oqimidagi ichki qarshilikning ko'proq biologik lug'ati. Ozchilik tashuvchilarning kutish oqimi asosan ulagichning haroratiga bog'liq, chunki uning asosiy komponenti termal oqimdir. To'g'rilash diodasi diffuziya texnologiyasidan foydalangan holda monokristalli kremniy yoki germaniy gofretida ishlab chiqariladi. Texnik xususiyatlari rektifikator diodi turli haroratlarda 1,4 V o'tkazuvchanlik oralig'ida kuchlanish pasayishini ko'rsatadi va diyotning blokirovkalash oralig'ida ozchilik tashuvchilarning kichik teskari oqimi oqadi, bu ulagichda mavjud bo'lgan haroratga juda bog'liq.
Germanium diodining samaradorligini saqlab qolish uchun uning harorati + 85 ° C dan oshmasligi kerak. Silikon diodlar + 150 ° S gacha bo'lgan haroratda ishlashi mumkin.

Shakl 3.3 - Yarimo'tkazgichli diodaning haroratdan volt - amper xarakteristikalarining o'zgarishi: a - germaniy diod uchun; b - silikon diod uchun
Yuqori quvvatli rektifikator diodlardan foydalanilganda, ular odatda diodlardan issiqlikni oladigan va havo bilan to'g'ri sovutilgan etarlicha katta sovutgich bilan birga keladi. O'tkazgich va blokirovka holatidagi rektifikator diodining xususiyatlari quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Yuqorida tavsiflangan diodaning harakatini aks ettiruvchi ikkala o'qning shkalasiga e'tibor bering. Zener diodi - bu diod sindirilgan hududda kuchlanish va oqim xususiyatlarini cheklash uchun vositadan foydalanadigan maxsus silikon diod.
Diyot quvvati oshib ketmasa, teshilish hududida ishlash Zener diyotiga zararli emas. Diyot oqimining sezilarli o'sishining sababi intensivlikning oshishi hisoblanadi elektr maydoni bu to'siq qatlamida sodir bo'ladi. Bu ikkita jismoniy hodisani keltirib chiqaradi: ko'chki ionlanishi va Zener ionlanishi. Agar biz juda og'ir doping bilan ishlab chiqarilgan tor konnektorli diodlarni bir necha voltsli kuchlanish uchun tahlil qilsak, natijada paydo bo'lgan elektr maydoni allaqachon shu qadar kuchliki, Zener ionlanishi sodir bo'ladi.
Transmissiyadagi kuchlanishning pasayishi to'g'ridan-to'g'ri oqim germaniy diodlar uchun DUpr = 0,3 ... 0,6V, uchun silikon diodlar- DUpr = 0,8 ... 1,2V. To'g'ridan-to'g'ri silikon diodlar orqali to'g'ridan-to'g'ri oqimning o'tishi paytida kuchlanishning katta pasayishi, germaniy diodlari bo'ylab to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning pasayishi bilan solishtirganda, kremniyda hosil bo'lgan pn birikmalarining potentsial to'sig'ining kattaroq balandligi bilan bog'liq.
Ko'chkining ionlanishi kichik qotishma profil qo'llaniladigan keng maydonda sodir bo'ladi. Bu yuqori energiyali elektronlar bilan panjara atomlarini bombardimon qilish bilan bog'liq bo'lib, bu doimiy ravishda o'sib borayotgan yangi ommaviy axborot vositalarining ko'chkisiga olib keladi, bu esa diodning teskari oqimini sezilarli darajada oshiradi. Voltaj odatda bir necha o'nlab voltsgacha o'zgaradi. Teshilish sohasidagi Zener diyotidagi kuchlanishning pasayishi stabilizatsiya kuchlanishi deb ataladi, chunki printsipial jihatdan u ma'lum chegaralarda diod orqali o'tadigan oqimga bog'liq emas.
Zener diyotlari odatda turli stabilizatsiya va kuchlanishni cheklash tizimlarida qo'llaniladi. barqaror kuchlanish mos yozuvlar sifatida ishlatiladi. Quyidagi rasmda Zener diyotining barcha xususiyatlari va turli sohalarning batafsil tavsiflari ko'rsatilgan. Yupqa diod yarimo'tkazgichli diod bo'lib, unda qo'shimcha moddalarning juda yuqori konsentratsiyasi tufayli juda tor potentsial to'siq hosil bo'ladi, bu tunnel birikmasini belgilangan to'siqdan o'tishga imkon beradi.
Haroratning oshishi bilan to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi pasayadi, bu potentsial to'siq balandligining pasayishi bilan bog'liq.
Yarimo'tkazgichli diodaga teskari kuchlanish qo'llanilganda, asosiy bo'lmagan zaryad tashuvchilarning pn-birikmasi orqali harakatlanishi tufayli unda engil teskari oqim paydo bo'ladi.
Pn-o'tish haroratining oshishi bilan ba'zi elektronlarning valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tishi va zaryad tashuvchilarning juft elektron-teshik hosil bo'lishi tufayli ozchilik zaryad tashuvchilar soni ortadi. Shuning uchun diodaning teskari oqimi ortadi.
Oqimlarni tenglashtirish uchun I - V xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri tarmoqlarida kichik farqli diodlar qo'llaniladi (ular tanlanadi) yoki diodlar bilan ketma-ketlikda Ohm birliklarining qarshiligi bilan tenglashtiruvchi rezistorlar kiradi. Ba'zan ular diodlarning to'g'ridan-to'g'ri qarshiligidan bir necha marta kattaroq qarshilikka ega bo'lgan qo'shimcha rezistorlarni (3.4-rasm, s) o'z ichiga oladi, shuning uchun har bir diodadagi oqim asosan qarshilik Rd bilan belgilanadi, ya'ni. Rd >> rpr vd. Rd qiymati yuzlab ohmni tashkil qiladi.
Diyotlarning ketma-ket ulanishi umumiy ruxsat etilgan teskari kuchlanishni oshirish uchun ishlatiladi. Teskari kuchlanish ta'sirida bir xil teskari oqim Iobr ketma-ket ulangan diodlar orqali oqadi. ammo I - V xarakteristikasining teskari tarmoqlaridagi farq tufayli umumiy kuchlanish diodlar bo'ylab notekis taqsimlanadi. I - V xarakteristikasining teskari tarmog'i yuqoriroq bo'lgan diodaga yuqori kuchlanish qo'llaniladi. Bu chegaradan yuqori bo'lishi mumkin, bu diodlarning buzilishiga olib keladi.

Zener diodlari quvvat manbalarining kuchlanishlarini barqarorlashtirish, shuningdek, turli davrlarda kuchlanish darajasini aniqlash uchun ishlatiladi.

0,3 ... 1V oralig'ida past kuchlanishli kuchlanishni barqarorlashtirish silikon diodlarning I - V xarakteristikasining to'g'ridan-to'g'ri filiali yordamida olinishi mumkin. I - V xarakteristikasining oldinga novdasi kuchlanishni barqarorlashtirish uchun ishlatiladigan diodga stabilizator deyiladi. Ikki tomonlama (simmetrik) zener diodlari ham mavjud bo'lib, ular kelib chiqishiga nisbatan nosimmetrik I - V xarakteristikaga ega.
Zener diodlari ketma-ket ulanishi mumkin, natijada barqarorlashtiruvchi kuchlanish zener diodining kuchlanishlari yig'indisiga teng:
Ust = Ust1 + Ust2 + ...
Zener diyotlarining parallel ulanishi qabul qilinishi mumkin emas, chunki barcha parallel ulangan zener diodlarining xarakteristikalari va parametrlarining tarqalishi tufayli oqim faqat birida paydo bo'ladi, u eng past stabillashtiruvchi kuchlanish Ustga ega bo'lib, zener diyotining haddan tashqari qizib ketishiga olib keladi.
Tunnel diodasi germaniy yoki galyum arsenididan juda yuqori konsentratsiyali aralashmalar, ya'ni. juda past qarshilik bilan. Bunday past qarshilikli yarimo'tkazgichlar degenerativ deb ataladi. Bu juda tor pn-birikmasini olish imkonini beradi. Bunday o'tishlarda potentsial to'siqdan (tunnel effekti) elektronlarning nisbatan erkin tunnel o'tishi uchun sharoitlar paydo bo'ladi. Tunnel effekti oldingi novdada salbiy differentsial qarshilikka ega bo'lgan qismning diyotining I - V xarakteristikasining paydo bo'lishiga olib keladi. Tunnel effekti shundan iboratki, potentsial to'siqning etarlicha kichik balandligida elektronlar energiyasini o'zgartirmasdan to'siqdan o'tishi mumkin.
Tunnel diodlarining asosiy parametrlari:
· Peak oqim Ip - maksimal I - V xarakteristikasi nuqtasida to'g'ridan-to'g'ri oqim;
Chuqur oqim Iv - minimal I - V xarakteristikasi nuqtasida to'g'ridan-to'g'ri oqim;
· Ip / Iv tunnel diodli oqimlarining nisbati;
· Peak kuchlanish Yuqori - tepalik oqimiga mos keladigan oldinga kuchlanish;
Chuqur kuchlanish Uv - past oqimga mos keladigan to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish;
· Eritma kuchlanishi Urr.
Tunnel diodlari elektromagnit to'lqinlarni yaratish va kuchaytirish uchun, shuningdek, yuqori tezlikda kommutatsiya va impuls davrlarida qo'llaniladi.



3.7-rasm - Tunnel diodining oqim kuchlanish xarakteristikasi
Invertli diod - iflosliklarning kritik konsentratsiyasiga ega bo'lgan yarimo'tkazgichga asoslangan diod bo'lib, unda tunnel effekti tufayli teskari kuchlanishdagi o'tkazuvchanlik to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishdan ancha yuqori.
Invertli diyotning ishlash printsipi tunnel effektidan foydalanishga asoslangan. Ammo teskari diyotlarda aralashmalarning kontsentratsiyasi an'anaviy tunnellarga qaraganda kamroq bo'ladi. Shuning uchun, teskari diyotlar uchun kontakt potentsial farqi kamroq va pn-birikmasining qalinligi kattaroqdir. Bu oldingi kuchlanish ta'sirida to'g'ridan-to'g'ri tunnel oqimi hosil bo'lmasligiga olib keladi. Teskari diodlarda to'g'ridan-to'g'ri oqim pn birikmasi orqali ko'pchilik bo'lmagan zaryad tashuvchilarni in'ektsiya qilish orqali yaratiladi, ya'ni. to'g'ridan-to'g'ri oqim diffuziyadir. Teskari kuchlanish bilan, p-hududidan n-mintaqagacha bo'lgan potentsial to'siq orqali elektronlarning harakati natijasida hosil bo'ladigan muhim tunnel oqimi o'tish joyidan o'tadi. Teskari diyotning I - V xarakteristikasining ishchi qismi teskari filialdir.
Shunday qilib, teskari diodlar to'g'rilash ta'siriga ega, lekin ularning o'tkazuvchanligi (o'tkazuvchi) yo'nalishi teskari ulanishga mos keladi va blokirovkalash (o'tkazmaydigan) yo'nalish to'g'ridan-to'g'ri ulanishga mos keladi.