Лекция №2. Жартылай түзеткіш диодтар. Түзеткіш диодтар. Стабилитрондар. Терморезисторлар, фоторезисторлар, тензорезисторлар, варикап, фотодиодтар.

Жартылай ө ткізгішті диод, бір ғ ана р –n ауысымы бар жә не кристалдан ішкі екі шығ ысы бар ә ртү рлі электр ө ткізгіштігі бар электртү рлендіргіш жартылай ө ткізгішті аспап. Осы р –n ауысым барлық шала ө ткізгіштің қ асиеттерін, техникалық параметрлерін анық тайды. Шала ө ткізгішті р –n ауысым кристалы салынғ ан диодтың корпусы жә не кристалды бекітетін басқ а да конструктивті элементтер корпуста диодтың эксплуатациялық сипаттамасын қ амтамасыз етеді. Олар, температура ә сері кезіндегі орнық тылық, вибрациялы жү ктеме т.б.

Жартылай ө ткізгішті диод (вентиль) біреуі электрондық ө ткізгішті n – тектес, ал екіншісі кемтіктік ө ткізгішті р –тектес бар екі шала ө ткізгіштердің тү йіспелік қ осылысы болып табылады. n – шала ө ткізгіште электрондардың ү лкен концентрациясы болуы нә тижесінде олар бірінші шала ө ткізгіштен екіншісіне қ арай диффузия жасап ө теді. Дә л осылай екінші р – тектес шала ө ткізшгіштегі бірінші n – тектес шала ө ткізгіштің жұ қ а шекаралық қ абатында оң заряд болады. Ал, р – тектес шала ө ткізгіштің шекаралық қ абатында теріс заряд пайда болады. Осы екі қ абат арасында потенциалдар айырмасы пайда болады жә не электрондар мен кемтіктердің бір шала ө ткізгіштен екіншісіне диффузия жасауына бө гет болатын кернеулігі Е электр ө рісін тудырады. Сө йтіп екі шала ө ткізгіштің шекарасында заряд тасушылардан айырылғ ан жә не ү лкен кедергісі бар жұ қ а қ абат пайда болады. Бұ л қ абат жапқ ыш немесе р –n ауысым деп аталады.

Жылулық қ озғ алыстың салдарынан негізгі емес заряд тасушылар р –n ауысының электр ө рісі ық палына тү седі, р –n ауысуының ө рісі кү штердің ә серінен туатын негізгі емес заряд тасушылар қ озғ алысы негізгі заряд тасушылардың диффузиялық тоғ ының бағ ытына қ арсы бағ ытта жү реді де дрейфтік немесе жылулық тоқ деп аталады. Ө йткені ол температурағ а кү шті дә режеде тә уелді болады. Сыртқ ы электр ө рісі болмағ ан кезде дрейфтік тоқ диффузиялық тоқ пен тең еседі де, р –n ауысымы арқ ылы ө тетін қ осынды тоқ нольге тең болады.

Қ оректену кө зінің оң таң балы қ ысқ ышын n- тектес шала ө ткізгіштің металл электродымен, ал теріс таң балы қ ысқ ышын р-тектес шала электродымен қ оссақ, р –n ауысуы ө рісімен Е_н бағ ыттас болатын оны кү шейтетін сыртқ ы электр ө рісін Е_с аламыз. Мұ ндай ө ріс жапқ ыш қ абат арқ ылы негізгі заряд тасушылардың ө туіне бұ рынғ ыдан да ү лкен бө гет жасайды жә не диод арқ ылы негізгі емес заряд тасушылар есебінен пайда болатын кішкене тоқ I_кері жү реді. Оны 1-ші ә дебиетте 133, в-суретінде кө ре аласыздар.

Ө ндірістік электрониканың барлық бағ ытындағ ы схематехникалық сұ рақ тарды шешуде жартылай ө ткізгішті диодтар кең інен қ олданылады. Атқ аратын міндетіне қ арай шала ө ткізгішті диодтар тү зеткіштік, жоғ ары жиіліктік жә не ө те жоғ ары жиіліктік, импульстік, стабилитрондар, тө рт қ абатты ажыратып- қ осқ ышты, фотодиодтар, жарық диодтары болып бө лінеді.

Кө бінесе тө менгі жиіліктегі айнымалы тоқ ты тү зету ү шін тү зеткіш диодтар (50-100000 Гц) қ олданылады. Одан басқ а да тү зеткіш диодтар басқ ару схемаларында, жә не коммутацияда қ олданылады. Жасалатын материалына қ арай диодтар екі топқ а бө лінеді; германиилі, жә не кремниилі. Гераманиилі диодты тө менгі кернеуде қ олданғ ан дұ рыс.

Жоғ арғ ы жиіліктегі диодтар – бұ лар, ә мбебап міндеттегі шала ө ткізгішті аспап. Олар, тү зеткіш диодтар сияқ ты электронды қ ұ рылғ ыларда, тек аз электрлік жү ктемеде, модуляторларда, детекторларда, жиілікті тү рлендіргіштерде, басқ а да электрлік сигналдардың сызық ты емес тү рлендіргіштерінде қ олданылады. Айнымалы тоқ тағ ы тү зеткіштер жиіліктің кең диапозонында (бірнеше жү здеген

мегагерц шамасында) жұ мыс істейді.

Импульсті диодтар, импулсьті техника қ ұ рылғ ысының кілтті элементі ретінде қ олдануғ а арналғ ан. Импулсьті диодтың контрукциясы мен вольт-амперлі мінездемесі жоғ арғ ы жиілікті диодтар сияқ ты болады.

Стабилитрондар – тұ рақ ты кернеуді тұ рақ тандыру ү шін арналғ ан. Мұ ндай аспап жазық тық шала ө ткізгішті диодты білдіреді. Жә не де тогы ө згергенмен кернеуі тұ рақ ты болып қ алатын шала ө ткізгішті диод. Стабилитрон сонымен, ә р тү рлі қ ұ рылғ ыларда кернеуді тұ рақ тандыру ү шін. Яғ ни кернеуді ө згертпей ұ стап тұ ру ү шін қ олднаылады.

2.1 Стабилитрон. р-n ө тпесінің вольт-амперлік сипаттамасының кері бұ тағ ында жұ мыс істейді (7-ші ә дебиет, 230 бет, 10.12-суретті қ араң ыз). Вольт-амперлі сипаттаманың АВ бө лігінде тоқ ө скенмен кернеудің тұ рақ ты болып қ алатындығ ы кө рініп тұ р. Стабилитрон тогы осы аралық та жататын жү ктемелер ү шін пайдаланылады. Тоқ одан ә рі ө скен кезде р-n ө тпесі қ атты қ ызып, электрлік тесілу жылулық тесілуге айналуы мү мкін.

Стабилитронның негізгі параметрлері: сипаттаманың кернеуі тұ рақ ты бө лігіндегі динамикалық кедергісі R_д, кернеудің тұ рақ ты мә ніне сә йкес минимал тоғ ы I_{ст. min} , кернеудің тұ рақ ты мә ніне сә йкес максимал тоғ ы I _cn.max, кернеудің температуралық коэффициенті TKU. Қ азіргі кезде қ олданып жү рген стабилитрондардың тұ рақ тандыру кернеуі U_ст = 1… 1000 В, минимал тоғ ы тоғ ы I_{ст. min} = 1…10 мА, максимал тоғ ы I _cn.max = 50…2000 мА, динамикалық кедергісі R_д= 0, 5 … 200 Ом, ал кернеудің кемпературалық коэффициенті

TKU = dU _СТ /dТ * 100 % = (- 0, 5 … + 0, 2) % /º С шамасына жатады.

2.2 Варикап. Бө геттік қ абаттың бір жағ ында оң, екінші жағ ында теріс зарядж пайда болатындық тан жә не осы зарядтар онда электр ө рісін тудыратындық тан р-n ө тпесінің электрлік сыйымдылығ ы болады. Жазық конденсатордағ ы секілді ө тпенің сыйымдылығ ы тү йіспенің ауданына тура пропорционал да, ао бө геттік қ абаттың енінге кері пропорционал. Бө геттік қ абаттың ені оғ ан тү сірілген кернеуге байланысыт ө згеретіндіктен. Р-n ө тпесінің сыйымдылығ ыда кернеумен байланысты болады. Сыйымдылығ ы кері кернеуден тә уелді ө згеріп отыратын шала ө ткізгішті диодты варикап деп атайды. Варикап электрлік сыйымдылығ ы бар элемент ретінде қ олданылады. Варикаптығ негізгі парамерлері ретінде оның жалпы сыйымдылығ ы С_ж мен сыйымдылық тың еселі коэффиценті К_с алынады. Варикаптың кө пшілігінің жалпы сыйымдылығ ы С_ж = 10…500 пФ, ал сыйымдылық тың еселі коэффициенті К_с = С_max / C _min = 5…20 шамасында болады.

2.3 Фотодиод. Кері тоғ ы р-n ө тпесінің жарық талуына байланысты ө згеріп отыратын шала ө ткізгішті диод фотодиод деп аталады. Фотодиодтар екі тү рлі жұ мыс кезінде пайдаланылады: сыртқ ы қ орек кө зінсіз фотогенератор ретінде жә не сыртқ ы қ орек кө зімен фототү рлендіргіш ретінде. Фотодиод, қ арапайым диод секілді, бір р-n ө тпесінен тұ рады. Бірақ тү йіспенің ауданы басқ а диодтарғ а қ арағ анда ә лдеқ айда ү лкен юолады, ө йткені сә уле осы ауданғ а перпендикуляр тү суі керек. (7-ші ә дебиеттің, 231 бетіндегі 10, 13-ші суретті қ араң ыз). Р-n ө тпесіне тү скен сә уле фотондары қ оздыратын валенттік электрондар ө ткізгіштік аймақ қ а ө теді. Осының салдарынан екі шала ө ткізгіште де зарыд тасушы қ ос бө лшектредің (электрондар мен кемтіктер) саны кө бейеді. Фотогенератор тү рінде жұ мыс істейтін фотодиодтар кү н сә улесінің ө нергиясын электр энергиясына тү рлендіретін қ орек кө здері ретінде пайдаланылады. Оларды кү н сә улелеік элементтер деп атап, олардын кү н сә улелік батарея қ ұ райды. Бірақ мұ ндай кү н сә улелік элементтердің пайдалы ә сер коэффициенті ө те тө мен – 20 % шамасында ғ ана болады.

2.4 Терморезисторлар. Кедергісі температурадан тә уелді ө згеріп отыратын шала ө ткізгіштен жасалғ ан резисторды терморезистор деп атайды. Терморезисторлардың екі тү рі болады: термистор жә не позистор. Температурасы ө скенде кедергісі азаятын терморезисторды термистор деп атаайды да, ал температурасы ө скенде температурасы артатын терморезисторды позистор деп атайды. Термисторларды қ ұ рамына темірдің тотығ ы, никель, кобальт, титан кіретін шала ө ткізгіштен жасайды. Ал позисторларды цезий, лантан немесе ниобий қ осылғ ан бариийдің титанатынан жасайды. Терморезисторлардың негізгі сипаттамасы олардың кедергісінің температурадан тә уелділігін кө рсететін график-температуралық сипаттама болып есептеледі. Терморезисторларда кедергінің температуралық коэффициенті – 0, 03…0, 06 шамасында болады. Позисторлардың кедергісі температура ө скен кезде ә уелі аздап кемиді де кейін ө се бастайды: 70 … 80 º С-қ а дейін тасымалдаушылардың кө беюі электр ө ткізгіштікті артырады, ал температура 100 º С-тан асқ ан кезде зарядтардың броундық қ озғ алысы. Металдардағ ы секілді, шала ө ткізгіштің кедергісінің кө беюіне ә келіп соғ ады.

2.5 Тензорезисторлар. Кедергісі механикалық деформациясына байланысты ө згеріп отыратын шала ө ткізгіштен жасалғ ан резисторды тензорезистор деп атайды.

Тензорезисторларды ә детте электр ө ткізгіштігі n немесе р – тү рлі силицийден жасайды: кесек силдийииді тілікшелерге кесіп, кедір-бұ дырын тегістіейді де электрод ұ штарын дә некерлейді. Тензорезисторлардың ә рекеттік принциптері шала ө ткізгешке тү сірілегн сығ у немесе созу кү шетінің ә серінен оның кристалдық торшілтерінің реттігінің бұ зылуы нә тижесінде кедергісінің ө згеруіне негізделген.

Тензорезисторлардың негізгі сипаттамсы – деформациялық сипаттама деп шала ө ткізгіштің кедергісінің салыстырмалы ө згерісінің оның ұ зындығ ының салыстырмалы ө згерісінен тә уелділігін айтады.