5.4 Буквенно-цифровое обозначение стабилитронов бцо стабилитронов состоит из четырех элементов:
Первый элемент – буква “K” (для стабилитронов бытовой техники) или цифра “2” (для стабилитронов с военной приемкой). Этот элемент указывает на материал полупроводника, т.е. на кремний (Si).
Второй элемент – буква “C” (указывает, что данный прибор является стабилитроном).
Третий элемент – трехзначное число (серия). Первая цифра серии указывает на мощность стабилитрона. По второй и третьей цифрам серии определяют номинальное напряжение стабилизации.
1
2 3 Маломощные
4
5 6 Средней
мощности
7
8 9 Мощные
В таблице указаны первые цифры серии.
Четвертый элемент – буква (указывает группу по разбросу параметров).
Пример1: КС182А
К – кремниевый, бытовой
С – стабилитрон
182 – серия
1
– маломощный,
А – разброс параметров
Пример2: 2С620А
2 – кремниевый, с военной приемкой
С – стабилитрон
620 – серия
6
– средней мощности,
А – разброс параметров
5.5 Фотодиод
Фотодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие световую энергию в энергию электрическую.
Обозначение:
Изготавливают фотодиоды из германия и кремния. Работает фотодиод при обратном включении.
Устройство:
P-n переход помещается в металлический корпус со стеклянным окном.
Принцип работы:
Принцип
работы фотодиода основан на внутреннем
и внешнем фотоэффекте. Когда диод не
освещен, в цепи протекает обратный
темновой
ток небольшой величины
.
При освещении фотодиода происходит
фотогенерация пар НЗ (т.е. возникает
внутренний фотоэффект – валентные
электроны, получив световую энергию
фотонов, переходят из ВЗ в ЗП). Проводимость
диода при этом возрастает, следовательно,
возрастает обратный ток фотодиода до
значения
.
Разность между световым и темновым
токами называется фототоком:
Ф
отодиод
может включаться в схему как с внешним
источником питания (фотодиодный
режим),
так и без него (ве́нтильный
режим).
(Используется при слабых световых (Используется при мощных
потоках) световых потоках, например,
солнечное излучение)
Р hν ассмотрим фотодиодный режим:
p
n
ННЗ Ө
ЕВН ННЗ
ЕВНЕШН
UОБР
а)
Пусть имеется поток фотонов с энергией
.
Образовавшиеся за счет фотогенерации
НЗ диффундируют к переходу.
Суммарное поле перехода (
)
является ускоряющим для ННЗ, поэтому
ННЗ перебрасываются полем в соседние
области, образуя световой ток
.
б) Пусть освещение перехода отсутствует. В этом случае фотогенерация также будет отсутствовать, поэтому через переход суммарным полем будут перебрасываться в небольшом количестве ННЗ, образованные за счет генерации, и через диод будет протекать темновой ток небольшой величины.
Рассмотрим ве́нтильный режим:
В этом режиме будут происходить те же самые процессы, что и в фотодиодном режиме, только переброс ННЗ через переход будет осуществляться исключительно за счет внутреннего поля .
Применение фотодиодов:
В вычислительной технике фотодиоды используют в устройствах ввода-вывода информации, т.к. фотодиоды обладают хорошей развязкой между входом и выходом (отсутствует электрическая связь между входом и выходом).
В кино-, фото-аппаратуре.
В оптронах в качестве фотоприёмников.
Вентили – в качестве солнечных батарей.
5.6 Светодиод
Светодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие электрическую энергию в световую.
Обозначение: Пример: АЛ102Б, АЛ307А
Светодиоды
работают при прямом включении.
Принцип работы:
Под действием прямого напряжения ОНЗ диффундируют в соседние области, где они рекомбинируют с зарядами противоположного знака. Рекомбинация сопровождается переходом электронов из ЗП в ВЗ. При этом выделяется энергия в виде квантов излучения .
W(эВ)
Ө
WП
hv
WВ
Для
получения видимого
излучения, необходимо, чтобы ширина
запрещенной зоны находилась в пределах:
.
Отсюда
видно, что германий и кремний для
изготовления светодиодов непригодны,
т.к. они имеют ширину запрещенной зоны
меньшую, чем необходимо для видимого
излучения (
).
Для изготовления светодиодов применяется фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), тройные соединения, называемые твердыми растворами и состоящими из галлия, алюминия и мышьяка (Ga, Al, As) или галлия, мышьяка, фосфора (Ga, As, P).
Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получить свечение различного цвета.
Кроме
светодиодов, дающих видимое свечение,
используются
светодиоды инфракрасного излучения на
основе арсенида галлия (GaAs),
у которого
.
Они применяются в фотореле, различных
датчиках, пультах, входят в состав
некоторых оптронов.
Конструктивно светодиоды выполняются:
В непрозрачных корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение.
В прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение.
В бескорпусном варианте.
Применение:
Индикация, реле, датчики, пульты.
6 Лазеры
Существование лазера предсказал писатель Алексей Толстой в своем произведении «Гиперболоид инженера Гарина». Лазеры бывают: твердотельные, жидкостные, газовые (в зависимости от состояния рабочего вещества).
6.1 Принцип работы лазера
Для эффективного использования света желательно получить синхронное (одновременное) и синфазное (одинаковое по фазе) излучение атомов, т.е. так называемое когерентное излучение.
Пусть имеется цепочка возбужденных атомов. Атом считается возбужденным, если электрон в нем перешел со своей основной орбиты на более высокую за счет получения дополнительной энергии, например, за счет поглощения света (световой энергии), под влиянием температуры (тепловой энергии), при ударе в атом внешнего электрона (кинетической энергии) и т.д.
Пусть внешний фотон (т.е. порция световой энергии, называемая квантом) ударяется в крайний атом по направлению вдоль цепочки. Это вызовет излучение фотона из этого атома, т.е. возникнет уже два фотона. Один из них ударит в следующий атом и т.д. - имеем «принцип домино». В результате световой поток усиливается в огромное число раз. Теоретически коэффициент усиления может достигать гигантского значения – 1020.
Причем, двигаться эта огромная армия фотонов, имеющих одинаковую энергию, будет в одном направлении, т.е. излучение будет когерентным!
Постоянное подведение к основному веществу дополнительной энергии (для возбуждения большого количества атомов и получения когерентного излучения) называется накачкой.
Рассмотренный примитивный вариант усилителя света получил название лазер – от начальных букв английского выражения, в переводе означающего «усиление света с помощью вынужденного излучения».