Основные понятия и определения
Характерной особенностью полупроводниковых материалов является сильная зависимость их проводимости от различных внешних факторов. Это позволяет создавать на основе полупроводников датчики внешних энергетических воздействий. В данной работе исследуются датчики температуры — терморезисторы и напряженности электрического поля — варисторы.
Терморезистор — это резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от температуры. Все полупроводниковые терморезисторы можно разделить на термисторы — полупроводниковые терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и позисторы — полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Основная часть термисторов изготовлена из оксидных полупроводников — оксидов металлов переходной группы таблицы Менделеева. Электропроводность оксидных полупроводников с преобладающей ионной связью отличается от электропроводности классических ковалентных полупроводников. Для металлов переходной группы характерны незаполненные электронные оболочки и переменная валентность. В результате электропроводность таких оксидов связана с обменом электронами между соседними ионами. Энергия, необходимая для стимулирования этого обмена, экспоненциально уменьшается с увеличением температуры. Таким образом, температурные зависимость сопротивления термистора из оксидного полупроводника может быть аппроксимирована уравнением, характерным для классических ковалентных полупроводников: , где — коэффициент зависящий от исходного материала и конструкции термистора;B- коэффициент температурной чувствительности; T-абсолютная температура термистора. Аналогично, температурная зависимость проводимости термистора может быть аппроксимирована уравнением:
где — коэффициент, характерный для данного термистора. Это уравнение после логарифмирования имеет вид линейной зависимости (4.2)
Коэффициент температурной чувствительности B для оксидных полупроводников отражает интенсивность обмена электронами между соседними ионами, а для ковалентных полупроводников — интенсивность ионизации атомов с увеличением температуры. Значение коэффициента температурной чувствительности в соответствии с уравнением (4.2) может быть определено экспериментально по двум значениям проводимости термистора при температурах Т1 и Т2:
Принцип действия позисторов, которые состоят из титаната бария с различными примесями, связан с фазовым переходом из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое. Переход из одной фазы в другую происходит в узком интервале температур с резким увеличением удельного сопротивления материала позистора при увеличении температуры.
Варистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. В лабораторной работе исследуется варистор, изготовленный методом керамической технологии из порошкового карбида кремния со связкой. Нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ) таких варисторов обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния. При относительно больших напряжениях на варисторе и, соответственно, при относительно больших токах, проходящих через варистор, разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и к нелинейности ВАХ варистора. Этот механизм является основным при относительно больших напряжениях на варисторе. Малые объемы активных областей под точечными контактами между кристаллами обеспечивают очень малую тепловую инерционность данных областей. Поэтому варисторы обладают нелинейной ВАХ и при переменном напряжении, чем варисторы существенно отличаются от термисторов.
Вольт-амперная характеристика варистора соответствует уравнению I=AU β , где A — коэффициент, значение которого зависит от типа варистора, β- коэффициент нелинейности варистора.
23. Тиристоры, варисторы, термисторы.
Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).
Варистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.
Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии; их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.
24. Фоторезисторы фотодиоды
Фоторезистор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.
Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.
Важнейшие параметры фоторезисторов:
интегральная чувствительность — отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения (при номинальном значении напряжения питания);
порог чувствительности — величина минимального сигнала, регистрируемого фоторезистором, отнесённая к единице полосы рабочих частот.
Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд (ЭДС)) называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой изолятора i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.
23. Тиристоры, варисторы, термисторы.
Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).
Вари́стор (англ. vari(able) (resi)stor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода.
Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии; их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.
24. Фоторезисторы,фотодиод
Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.
Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.
25. Усилители, классификация усилителей
Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.
Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями
В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики
Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.
Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.
Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад