Физика. Применение полупроводниковых приборов

Фотодиод – полупроводниковый  фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, отображающим процесс  преобразования световой энергии в  электрическую. Внутренний фотоэффект заключается в том, что под воздействием энергии светового излучения в области р-п-перехода происходит ионизация атомов основного вещества и смеси, в результате чего генерируются пары носителей заряда – электрон и дырка. Во внешней цепи, присоединенной к р-п-переходу, возникает ток, вызванный движением этих носителей. Промышленность выпускает германиевые и кремниевые фотодиоды. Разновидность фотодиода, используемого для силового преобразования лучистой энергии, – солнечная батарея, которая является важным источником питания в космической технике, но находит применение для питания аппаратуры и в земных условиях.

Полупроводниковый стабилизатор напряжения (стабилитрон) – это кремниевый плоскостной  полупроводниковый диод, напряжение на котором сохраняется с определенной точностью при протекании через  него тока в заданном диапазоне. Т.е., если стабилитрон рассчитан на прибивное напряжение 4,5в и напряжение до стабилитрона было, предположим, 5в, то после него его значение будет не больше 4,5в. Если напряжение, на которое рассчитан стабилитрон, в несколько раз меньше напряжения на участке до него, то он будет сильно греться, не исключена и его порча (он сгорит). Стабилитроны изготовляются для стабилизации напряжений от 3 до сотен вольт, благодаря чему находят большое применение в радиотехнике для стабилизации напряжения. Во избежание порчи стабилитрона последовательно с ним включается ограничивающий ток резистор.

Варикап – специально сконструированный  полупроводниковый диод, применяемый  в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью р-п-перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (к диоду) напряжения. С электрической цепи с варикапом, появляются составляющие тока новых частот. Это явление используется в радиотехнике для умножения и деления частоты, для параметрического усиления. Варикап может также использоваться для настройки колебательного контура, для автоматической подстройки частоты и частотной модуляции.

Варистор – полупроводниковый  прибор, сопротивление которого изменяется по нелинейному закону при изменении  приложенного напряжения. К варисторам относятся большинство полупроводниковых, электронных и ионных приборов. Чаще всего варисторы применяются для защиты элементов электрических схем от перенапряжений и контактов реле от разрушения, а также в стабилизаторах амплитуды в качестве элементов, снижающих нелинейные искажения, в схемах преобразования частоты.

Оптрон – полупроводниковый  прибор, содержащий источник и приёмник светового излучения, которые оптически  и конструктивно связаны между  собой. Элементами оптрона являются источник света и фотоприёмник, но существуют оптроны, состоящие из большого количества электросветовых и фотоэлектрических  преобразователей. Оптрон представляет собой сочетание в одном корпусе  электросветового преобразователя (лампочки накаливания, светодиода) с фотоэлектрическим (фоторезистором, фотодиодом). Такой  оптрон позволяет, например, при полной электрической изоляции двух цепей  осуществлять управление током в  одной цепи путем изменения тока в другой (дистанционное включение, регулирование громкости, АРУ и  т.п.). Наряду с элементарным оптроном создаются сложные конструкции, включающие в себя большое число  электросветовых и фотоэлектрических  преобразователей. Такие оптроны  аналогичны интегральным микросхемам. Они позволяют выполнять логическую обработку большого числа сигналов, воспроизводить сложные функции  усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.

Тиристор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор, содержащий три или более р-п-перехода. По числу внешних электродов тиристоры делятся на: двухэлектродные – динисторы и трехэлектродные – тринисторы. Те и другие представляют собой четырёхслойную структуру полупроводника с разного вида проводимостями. Крайние слои являются анодом и катодом, а третий электрод у тринисторов служит управляющим электродом. Поэтому динисторы являются переключающими диодами, а тринисторы – управляемыми. Если такой прибор включить в цепь переменного тока, то он открывается, пропуская ток в нагрузку лишь тогда, когда мгновенное значение напряжения достигает определенного уровня, либо при подаче отпирающего напряжения на специальный управляющий электрод. Маломощные тиристоры находят применение в импульсной технике. Выпускаются мощные тиристоры для применения в устройствах управления электроприводом и в мощных выпрямителях.

Фототиристор отличается от обычного тем, что в его корпусе имеется окно для облучения структуры световым потоком. Поэтому Фототиристор можно отпирать как воздействием светового потока, так и подачей на управляющий электрод электрического импульса управления. Уровень излучения, необходимый для запуска фототиристора, зависит от температуры и анодного напряжения. Для точного запуска фототиристора используют излучения лазеров и светодиодов. Применяются фототиристоры в тех областях, где необходима электрическая изоляция между управляющим сигналом силовой цепью.

Терморезистор – полупроводниковый  прибор, электрическое сопротивление  которого изменяется при изменении  температуры. Основой терморезисторов  являются поликристаллические полупроводниковые  материалы с электронной проводимостью  – окислы так называемых переходных металлов (от титана до цинка), а также  сульфиды, карбиды и нитриды некоторых  металлов.

Используются терморезисторы в  качестве датчиков устройств противопожарной сигнализации, тепловой защиты, для стабилизации токов и температурной компенсации в транзисторной аппаратуре.

Полупроводниковый светодиод –  это излучающий полупроводниковый  прибор с одним или несколькими  электрическими переходами, предназначенный  для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию  некогерентного светового излучения. Конструкцией светодиода предусмотрена  возможность вывода светового излучения  из области перехода сквозь прозрачное стекло в корпусе.

Светодиоды используются как световые индикаторы, источники излучения  в оптоэлектронных парах, при  работе с кино- и фототехникой, в  устройствах автоматики, вычислительной и измерительной технике.

Условные обозначения полупроводниковых  приборов:

Литература

1). Виноградов Ю.В. "Основы электронной  и полупроводниковой техники". Изд. 2-е, доп. М., "Энергия", 1972 г.

2). Журнал "Радио", номер 12, 1978 г.

3). Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / 4-е издание, стер. - Киев: Наук. Думка 1989.

4). Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы. - М.: Радио и связь, 1984.

5). Полупроводниковые приборы: транзисторы:  Справочник / Н.Н.Горюнова. М.; Энергоатомиздат, 1985.

6). Справочник " Полупроводниковые  приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные  приборы"; М.: Энергоатомиздат, 1987г.