Электронные компоненты и их назначение. Что такое электронные компоненты и их ценность

С чего начинается практическая электроника? Конечно с радиодеталей! Их разнообразие просто поражает. Здесь вы найдёте статьи о всевозможных радиодеталях, познакомитесь с их назначением, параметрами и свойствами. Узнаете, где и в каких устройствах применяются те или иные электронные компоненты.

Для перехода на интересующую статью кликните ссылку или миниатюрную картинку, размещённую рядом с кратким описанием материала.

Как купить радиодетали через интернет? Этим вопросом задаются многие радиолюбители. В статье рассказывается о том, как можно заказать радиодетали в интернет-магазине радиодеталей с доставкой по почте.

В данной статье я расскажу о том, как покупать радиодетали и электронные модули в одном из крупнейших интернет-магазинов AliExpress.com за весьма небольшие деньги:)

Кроме широко распространённых плоских SMD-резисторов в электронике применяются MELF-резисторы в корпусе цилиндрической формы. Каковы их достоинства и недостатки? Где они применяются и как определить их мощность?

Размеры корпусов SMD-резисторов стандартизированы, и многим они, наверняка, известны. Но так ли всё просто? Здесь вы узнаете о двух системах кодирования размеров SMD-компонентов, научитесь определять реальный размер чип-резистора по его типоразмеру и наоборот. Познакомитесь с самыми маленькими представителями SMD-резисторов, которые сейчас существуют. Кроме этого представлена таблица типоразмеров SMD-резисторов и их сборок.

Здесь вы узнаете, что такое температурный коэффициент сопротивления резистора (ТКС), а также каким ТКС обладают разные типы постоянных резисторов. Приводится формула расчёта ТКС, а также пояснения насчёт зарубежных обозначений вроде T.C.R и ppm/ 0 С.

Кроме постоянных резисторов в электронике активно применяются переменные и подстроечные резисторы. О том, как устроены переменные и подстроечные резисторы, об их разновидностях и пойдёт речь в предлагаемой статье. Материал подкреплён большим количеством фотографий разнообразных резисторов, что непременно понравится начинающим радиолюбителям, которые смогут легче ориентироваться во всём многообразии этих элементов.

Как и у любой радиодетали, у переменных и подстроечных резисторов есть основные параметры. Оказывается их не так уж и мало, а начинающим радиолюбителям не помешает ознакомиться с такими интересными параметрами переменных резисторов, как ТКС, функциональная характеристика, износоустойчивость и др.

Полупроводниковый диод – один из самых востребованных и распространённых компонентов в электронике. Какими параметрами обладает диод? Где он применяется? Каковы его разновидности? Об этом и пойдёт речь в этой статье.

Что такое катушка индуктивности и зачем она используется в электронике? Здесь вы узнаете не только о том, какими параметрами обладает катушка индуктивности, но и узнаете, как обозначаются разные катушки индуктивности на схеме. Статья содержит множество фотографий и изображений.

В современной импульсной технике активно применяется диод Шоттки. Чем он отличается от обычных выпрямительных диодов? Как он обозначается на схемах? Каковы его положительные и отрицательные свойства? Обо всём этом вы узнаете в статье про диод Шоттки.

Стабилитрон – один из самых важных элементов в современной электронике. Не секрет, что полупроводниковая электроника очень требовательна к качеству электропитания, а если быть точнее, к стабильности питающего напряжения. Тут на помощь приходит полупроводниковый диод – стабилитрон, который активно применяется для стабилизации напряжения в узлах электронной аппаратуры.

Что такое варикап и где он применяется? Из этой статьи вы узнаете об удивительном диоде, который используется в качестве переменного конденсатора.

Если вы занимаетесь электроникой, то наверняка сталкивались с задачей соединения нескольких динамиков или акустических колонок. Это может потребоваться, например, при самостоятельной сборке акустической колонки, подключении нескольких колонок к одноканальному усилителю и так далее. Рассмотрено 5 наглядных примеров. Много фото.

Транзистор является основой современной электроники. Его изобретение произвело революцию в радиотехнике и послужило основой для миниатюризации электроники – создания микросхем. Как обозначается транзистор на принципиальной схеме? Как необходимо впаивать транзистор в печатную плату? Ответы на эти вопросы вы найдёте в этой статье.

Составной транзистор или по-другому транзистор Дарлингтона является одной из модификаций биполярного транзистора. О том, где применяются составные транзисторы, об их особенностях и отличительных свойствах вы узнаете из этой статьи.

При подборе аналогов полевых МДП-транзисторов приходиться обращаться к технической документации с параметрами и характеристиками конкретного транзистора. Из данной статьи вы узнаете об основных параметрах мощных MOSFET транзисторов.

В настоящее время в электронике всё активнее применяются полевые транзисторы. На принципиальных схемах полевой транзистор обозначается по-разному. В статье рассказывается об условном графическом обозначении полевых транзисторов на принципиальных схемах.

Что такое IGBT-транзистор? Где применяется и как он устроен? Из данной статьи вы узнаете о преимуществах биполярных транзисторов с изолированным затвором, а также о том, как обозначается данный тип транзисторов на принципиальных схемах.

Среди огромного количества полупроводниковых приборов существует динистор. Узнать о том, чем динистор отличается от полупроводникового диода, вы сможете, прочитав эту статью.

Что такое супрессор? Защитные диоды или супрессоры всё активней применяются в радиоэлектронной аппаратуре для её защиты от высоковольтных импульсных помех. О назначении, параметрах и способах применения защитных диодов вы узнаете из этой статьи.

Самовосстанавливающиеся предохранители всё чаще применяются в электронной аппаратуре. Их можно обнаружить в приборах охранной автоматики, компьютерах, портативных устройствах… На зарубежный манер самовосстанавливающиеся предохранители называются PTC Resettable Fuses. Каковы свойства и параметры «бессмертного» предохранителя? Об этом вы узнаете из предложенной статьи.

В настоящее время в электронике всё активней стали применяться твёрдотельные реле. В чём преимущество твёрдотельных реле перед электромагнитными и герконовыми реле? Устройство, особенности и типы твёрдотельных реле.

В литературе посвящённой электронике кварцевый резонатор незаслуженно лишён внимания, хотя данный электромеханический компонент чрезвычайно сильно повлиял на активное развитие техники радиосвязи, навигации и вычислительных систем.

Кроме всем известных алюминиевых электролитических конденсаторов в электронике используется большое количество всевозможных электролитических конденсаторов с разным типом диэлектрика. Среди них например танталовые smd конденсаторы, неполярные электролитические и танталовые выводные. Данная статья поможет начинающим радиолюбителям распознать различные электролитические конденсаторы среди всевозможных радиоэлементов.

Наряду с другими конденсаторами, электролитические конденсаторы обладают некоторыми специфическими свойствами, которые необходимо учитывать при их применении в самодельных электронных устройствах, а также при проведении ремонта электроники.

Простейшие элементы электронных устройств, это:

1) Конденсатор – устройство, способное накапливать энергию в электрическом поле.

Ток протекающий через конденсатор, пропорционален изменению напряжения в единицу времени.

2) Дроссель или катушка индуктивности – дроссель обладает так же способностью накапливать энергию, но не в электрическом, а в магнитном поле. Ведёт себя подобно конденсатору, за исключением того, что рассматривать нужно не напряжение, а ток.

Если подключить параллельно дроссель и конденсатор то получится колебательный контур.

3) Диод (p-n переход ) – двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока

P имеет электронную проводимость (лидирована донорной примесью)

N имеет дырочную проводимость (лидирована акценнторной примесью)

Различают несколько разновидностей диодов:

стабилитрон

• фото и светодиоды

4) Резистор - пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома.

Закон Ома гласит, что сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению (I=U/R)

а) Напряжение – это разность потенциалов.

б) Сопротивление – величина обратно пропорциональная проводимости.

Напряжение измеряется в Вольтах, сопротивление – в Омах.

1. Пассивные схемы. Резистивный делитель.

Делитель напряжения - устройство для деления постоянного или переменного напряжения.

Строится на основе активных, реактивных или нелинейных сопротивлений.

1) Делитель . В делителе сопротивления включаются последовательно.

Выходным напряжением является напряжение на отдельном участке цепи делителя.

2) Плечо . Участки, расположенные между напряжением питания и точкой снятия выходного напряжения называют плечами делителя.

а) Плечо нижнее . Плечо между выходом и нулевым потенциалом питания обычно называют нижним.

б) Плечо верхнее . Другое при этом называют верхним. В любом делителе два плеча.

3) Резисторный делитель . Делитель напряжения, построенный исключительно на активных сопротивлениях, называется резистивным делителем напряжения. Коэффициент деления таких делителей не зависит от частоты приложенного напряжения.

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора R1 и R2, подключённых к источнику напряжения U.

1. Пассивные фильтры. Фнч.

1) Пассивный фильтр - электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонент, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы.

Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования.

В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными.

2) Использование . Пассивные фильтры используются повсеместно в радио- и электронной аппаратуре, например в акустических системах, источниках бесперебойного питания и т. д.

3) Фильтр нижних частот (ФНЧ) - электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (или подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты.

Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

3) Отличие от ФВЧ . В отличие от него, фильтр высоких частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.

4) Термины «высокие частоты» и «низкие частоты» в применении к фильтрам относительны и зависят от выбранной структуры и параметров фильтра.

5) Идеальный фильтр нижних частот полностью подавляет все частоты входного сигнала выше частоты среза и пропускает без изменений все частоты ниже частоты среза. Переходной зоны между частотами полосы подавления и полосы пропускания не существует. Идеальный фильтр нижних частот может быть реализован лишь теоретически

Одно из основных направлений деятельности нашей компании - скупка радиодеталей. Они имеют огромное значение для перерабатывающей отрасли, так как возвращают в оборот большое количество драгоценных металлов. Аффинаж золота, серебра, платины, палладия из радиодеталей осуществлялся в нашей стране не только на заводах, но и на кухнях, несмотря на то, что сбыт полученных кустарным способом драгметаллов официально запрещен. Несмотря на название, радиодетали доставали практически из всех электронных устройств, а не только из радиоприемников…

Дело в том, что «радиодетали» - слово разговорное, официально они называются «электронные компоненты». Свое просторечное название они получили в начале XX века, когда появилось первое сложное электронное устройство - радио. Сначала все компоненты, которые впоследствии нашли широкое применение в электротехнике, выпускались только для производства радиоприемников. С развитием прогресса те же и новые компоненты стали использовать для телевизоров, магнитол, холодильников, калькуляторов, компьютеров, а так же для медицинских, промышленных и военных приборов, работающих от электричества. Со времен СССР количество драгоценных металлов в компонентах стало уменьшаться, однако приборов стало больше, поэтому говорить о том, что скупка и переработка драгметаллов из радиодеталей уже не актуальна - не приходится.

Радиодетали в подробностях

Электронные компоненты классифицируются по нескольким категориям:

• по назначению - устройства отображения, акустические, термоэлектрические, антенные, соединительные, измерительные
• по способу монтажа на плату - объемная пайка, поверхностная пайка и крепление на цоколь
• по действию в сети - активные и пассивные

Далеко не во всех используются драгоценные металлы, да и состав цветных металлов тоже меняется, например, в 2000-х было решено отказаться от свинца, который тоже шел в переработку. Отказ от свинца привел к тому, что при производстве некоторых компонентов стали больше использовать золото - иммерсионное золотое покрытие обеспечивает ровную поверхность печатной платы. Сами печатные платы содержат серебряные перемычки и позолоченные площадки, так же золото используется для припоя, поэтому даже без прикрепленных электронных компонентов такая плата имеет ценность для переработки.

К радиодеталям относятся: микросхемы, конденсаторы постоянной и переменной емкости, постоянные и переменные резисторы, транзисторы, трансформаторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, реле и многие другие, которые могут быть как закреплены на платах, так и находится отдельно.

Стремление к минитюаризации привело к тому, что теперь некоторые радиодетали объединяют в единую электронную схему, а маленькие SMD-компоненты экономят и место, и время монтажа, и облегчают вес платы. Содержание драгоценных металлов в SMD-компонентах совсем невелико, поэтому наибольший интерес представляют полноформатные конденсаторы, содержащие платину, серебро, тантал и палладий, резисторы с палладием, содержащие золото микросхемы, разъемы и транзисторы.

Далеко не все радиодетали содержат драгоценные металлы, информация об особо ценных электронных компонентах есть в специальных справочниках, а так же вы можете посмотреть ее на нашем сайте - у нас есть разделы для каждой детали с указанием наименования и цены.

Наша компания может купить радиодетали как на плате, так и отдельно, однако, любительский демонтаж компонентов может привести к потере некоторой части драгоценных металлов. Мы работаем со всеми городами России, а так же со странами бывшего СССР.

«Электронные компоненты» - понятие, которое хоть раз в жизни встречал любой из нас. Это понятие имеет определение как детали, которые входят в состав электронных схем.

Среди обычных людей такие детали по-простому называют радиодеталями. Почему электронные компоненты называют таким образом? Какая связь между радио и электронными схемами?

Немного истории

Чтобы разобраться во всем, лучше всего начать с самого начала. В начале 20 века радио было одно из самых известных и сложных оборудований. Все детали, которые входили в состав радиоприемника, были отнесены к группе радиодеталей. Со временем такое название закрепилось и привело к тому, что все электронные приборы, которые не имели ничего общего с радиоприемниками, применялись к этому термину.

В наше время в состав почти всех электронных приборов, а также радиоприборов входят различные радиоэлектронные компоненты (РЭК). Их можно найти и в компьютерах, и ноутбуках, и телевизорах, и в других устройствах без которых жизнь современного человека не возможна.

Драгоценные металлы в составе электронных компонентах

В состав почти всех радиодеталей входят различные драгметаллы, поэтому для человека эти детали являются не только составной частью электроприборов. В радиодеталях можно найти такие ценные металлы как золото, палладий, тантал, серебро и другие. Радиодетали, которые были изготовлены во время СССР, считаются самыми ценными.

Просто в технике, которая была создана во времена советского союза для военной промышленности, применяли детали с содержанием ценных металлов только высшей пробы. Также такие металлы использовались при производстве приборов для вычислений и измерений каких-либо значений.

Можно точно сказать – вся техника, которая была создана советскими конструкторами и приборостроителями, является материальной ценностью. К таким устройствам относят следующее:

1. Первые компьютеры.
2. Видеомагнитофоны.
3. Холодильники.
4. Магнитофоны.
5. Радиолы.
6. Радиоприемники.
7. Телевизоры.
8. Стиральные машины.
9. И другая техника.

Такое заявление привело к возникновению компаний, которые занимаются скупкой радиодеталей и электроприборов времен СССР.

Какие радиодетали имеют наибольшую ценность?

Можно выделить следующие группы радиоэлементов, которые содержат больше всего драгметаллов:

• резисторы;
• конденсаторы;
• светодиоды;
• полупроводники;
• биполярные транзисторы;
• и другие.

В старой технике можно найти следующие детали, которые содержат драгоценные металлы:

• телевизоры времен СССР – транзисторы типа КТ203, КТ503, КТ502, КТ814, КТ310, КТ940. Также можно найти светодиоды типа АЛ307 и конденсаторы К10-17;
• калькуляторы – имеются в составе конденсатор КМ и микросхему 140УД;
• радиолы из СССР – в их состав включали конденсаторы К52-2, КМ;
• магнитофоны времен СССР – транзисторы КТ3102, КТ203, КТ503, КТ814. Также входили в состав конденсаторы КМ и реле РЭС-9;
• первые компьютеры – в составе можно найти конденсаторы КМ, К10-17, а также процессоры, разъемы, диоды;
• дисковые телефоны имели в составе конденсаторы типа КМ, К10-17.

В некоторых небольших приборах бытового назначения, которые были выпущены во времена советского союза, можно найти много позолоченных транзисторов и диодов, серебряных контактов.

Самое большое содержание драгоценных металлов находится в деталях, которые выпускались до 90-х годов 20 века. В наше время количество таких материалов уменьшилось больше чем на 40 %. Современная техника и зарубежного, и отечественного производства не имеет такой ценности.

При наличии устаревших электронных приборов времен советского союза позволит увеличить доход семьи. Нужно просто сдать их в специальные компании, которые покупают радиодетали по фиксированным ценам.

При выборе компании необходимо быть аккуратным. Лучше всего выбирать компании, у которых присутствует лицензия на осуществление такого рода деятельности. При выборе закупщика владелец прибора может быть уверен, что цена будет не занижена. Ведь компании покупают такие детали по установленным ценам.

Подробную информацию о металлах, которые имеются в приборах, можно узнать у менеджеров компании.

Основным показателем совершенства электронной аппаратуры является плотность упаковки, т.е. количество элементов схемы в 1 см3 действующего устройства.

Технология изготовления интегральных схем обеспечивает плотность упаковки в несколько тысяч элементов в 1 см3 .

Резисторы

Резисторы являются наиболее распространенными элементами и имеют следующее условное графическое обозначение (УГО):

Резисторы изготавливаются из проводящего материала: графита, тонкой металлической пленки, провода с невысокой проводимостью.

Резистор характеризуется величиной сопротивления: R = U / I , а также мощностью, которую резистор рассеивает в пространство, допуском, температурным коэффициентом, уровнем шума. Промышленность выпускает резисторы с сопротивление от 0,01 Ом до 1012 Ом и мощностью от 1/8 до 250 Вт с допуском от 0,005% до 20%. Резисторы используются в качестве нагрузочных и токоограничительных сопротивлений, делителей напряжения, добавочных сопротивлений, шунтов.

Конденсаторы

Конденсатор - устройство с двумя выводами и обладающее свойством:

где
• С - емкость в фарадах;
• U - напряжение в вольтах;
• Q - заряд в кулонах.

УГО конденсатора следующее:

Промышленность выпускает керамические, электролитические и слюдяные конденсаторы с емкостью от 0,5 пФ до 1000 мкФ и максимальным напряжением от 3В до 10 кВ.

Конденсаторы используются в колебательных контурах, фильтрах, для разделения цепей постоянного и переменного тока, в качестве блокировочных элементов. В цепях переменного тока конденсатор ведет себя как резистор, сопротивление которого уменьшается с ростом частоты.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности - устройство, обладающее свойством:

U = L · dI / dt,

где
• L - индуктивность в генри (или мГн, или мкГн);
• U - напряжение в вольтах;
• dI/dt - скорость изменение тока.

УГО катушки индуктивности следующее:

Катушка индуктивности - свернутый в спираль изолированный проводник, обладающий значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Материалом сердечника служит обычно железо или феррит в виде бруска, тора.

В цепях переменного тока катушка ведет себя как резистор, сопротивление которого растет с увеличением частоты.

Трансформатор - это устройство, состоящие из двух индуктивно связанных катушек индуктивности, называемой первичной и вторичной обмоткой.

УГО трансформатора с магнитопроводом:

Коэффициент трансформации:

где w1 и w2 - число витков

Трансформаторы служат для преобразования переменных напряжений и токов, а также для изолирования от сети.

Полупроводниковые приборы

Действие полупроводниковых приборов основано на использовании свойств полупроводников.

Количество известных в настоящее время полупроводниковых материалов довольно велико. Для изготовления полупроводниковых приборов применяются простые полупроводниковые вещества - германий, кремний, селен - и сложные полупроводниковые материалы - арсенид галлия, фосфит галлия и другие. Значения удельного электрического сопротивления в чистых полупроводниковых материалах лежат от 0,65 Ом·м (германий) до 108 Ом·м (селен).

Полупроводники или полупроводниковые соединения бывают собственными (чистыми) и с примесью (легированными) В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда - свободных электронов и дырок составляет лишь 1016 - 1018 на 1 см3 вещества.

Для снижения удельного сопротивления полупроводника и придания ему определенного типа электропроводности - электронной при преобладании свободных электронов или дырочной при преобладании дырок - в чистые полупроводники вносят определенные примеси. Такой процесс называется легированием. В качестве легирующих примесей используют элементы 3 и 5 групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Легирующие элементы 3 группы создают дырочную электропроводность полупроводниковых материалов и называются акцепторным примесями, элементы 5 группы - электронную электропроводность называют донорными примесями.

Собственные полупроводники - это полупроводники, в которых нет примесей (доноров и акцепторов). При Т = 0 в собственном полупроводнике свободные носители заряда отсутствуют, а концентрация носителей заряда равна Nn = Np = 0 и он не проводит ток. При Т > 0 часть электронов забрасывается из валентной зоны в зону проводимости. Эти электроны и дырки могут свободно перемещаются по энергетическим зонам. На практике применяются легированные полупроводники. Удельное электрическое сопротивление легированного полупроводника существенно зависит от концентрации примесей. При концентрации примесей 1020 - 1021 на см3 вещества оно может быть снижено до 5 · 10-6 Ом·м для германия и 5 · 10-5 Ом·м для кремния.

При приложении электрического поля к легированному полупроводнику в нем протекает электрический ток.

Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электронного сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

В полупроводниковых резисторах применяется полупроводник, равномерно легированный примесями. В зависимости от типа примесей и конструкции удается получить различные зависимости от управляющих параметров.

Линейный резистор - полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия.

Удельное электрическое сопротивление такого полупроводника мало зависит от напряженности электрического поля и плотности электрического тока. Поэтому сопротивление линейного полупроводникового резистора остается практически постоянным в широком диапазоне напряжений и токов. Полупроводниковые линейные резисторы широко применяют в интегральных микросхемах.

Вольт-амперная характеристика линейного резистора

Нелинейные резистивные элементы

УГО нелинейного резистивного элемента показано на рисунке:

Ток I, протекающий через нелинейный элемент, напряжение U на нем. Зависимость U(I) или I(U) называется вольт-амперной характеристикой.

Варисторы

Резистивные элементы, сопротивления которых зависит от напряженности электрического поля, называются варисторами. Варисторы изготавливают из прессованных зерен карбида кремния. Электропроводимость материала, в основном, обусловлена пробоем оксидных пленок, покрывающих зерна. Она определяется напряженностью приложенного электрического поля, т.е. зависит от величины приложенного напряжения.

Условное графическое изображения варистора и его вольт-амперная характеристика показаны на рисунке:

Варисторы характеризуются номинальным напряжением Uном , номинальным значением тока Iном , а также коэффициентом нелинейности β. Этот коэффициент равен отношению статического сопротивления к дифференциальному в точке характеристики с номинальными значениями напряжения и тока:

,

где U и I - напряжение и ток варистора. Коэффициент нелинейности для различных типов варисторов в пределах 2 - 6

Термисторы

Большую группу нелинейных резистивных элементов представляют управляемые нелинейные элементы. К ним относятся терморезисторы (термисторы) - нелинейные резистивные элементы, вольт-амперные характеристики которых существенно зависят от температуры. В некоторых типах терморезисторов температура меняется за счет специального подогревателя. Терморезисторы выполняют или из металла (медь, платина), сопротивления которого существенно изменяется при изменении температуры, или из полупроводников. В полупроводниках терморезисторах зависимость сопротивления от температуры описывается аналитической функцией

.

Здесь R(T0 ) - значение статического сопротивления при температуре T0 = 293 К, где Т - абсолютная температура, а В - коэффициент. Условное графическое обозначение термистора, его температурная характеристика, вольт-амперная характеристика показана на рисунке:

Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого с ростом температуры падает, и позистор, у которого с сопротивление с повышением температуры возрастает. Буквенное обозначение термистора с отрицательным температурным коэффициентом - ТР, а с положительным коэффициентом - ТРП. Температурный коэффициент ТКС = , где R1 - сопротивление при номинальной температуре, ΔR- изменение сопротивления при изменении температуры на величину Δt.

Конструктивно термисторы выполняют в виде бусин, шайб, дисков.

Фоторезисторы

Фоторезистор - это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от светового потока, падающего на полупроводниковый материал или от проникающего электромагнитного излучения. Наибольшее распространение получили фоторезисторы с положительным фотоэффектом (например, СФ2-8,СФ3-8). УГО такого элемента показано на рисунке:

В фоторезисторах сопротивление изменяется в результате облучения пластины из полупроводникового материала световым потоком в видимом, ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне. В качестве материала используется сульфиды таллия, теллура, кадмия, свинца, висмута.

Вольт-амперные характеристики фоторезисторов представляют собой линейные функции, угол наклона которых зависит от величины светового потока. В координатах I - U (ток по вертикали) угол, составляемый прямой с горизонтальной осью (ось напряжения), тем больше, чем больше световой поток. Темновое сопротивление резисторных оптронов составляет 107 - 109 Ом. В освещенном состоянии оно снижается до нескольких сотен Ом. Быстродействие их невелико и ограничивается значениями в несколько килогерц.

Магниторезисторы

Магниторезисторы - полупроводниковые материалы, электрическое сопротивление которых зависит от величины напряженности магнитного поля, действующего на материал. В качестве материала используется висмут, германий и др. Сопротивление магниторезистора описывается зависимостью

,

где R(0) - сопротивление при Н = 0; α - коэффициент, Н - напряженность магнитного поля, в которое помещен магниторезистор.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды являются одним из наиболее распространенных подклассов полупроводниковых приборов. Их отличает разнообразие основополагающих физических принципов, разнообразие используемых полупроводниковых материалов, многообразие конструктивных и технологических реализаций. Полупроводниковые диоды по функциональному назначению могут быть разделены на:

1. Выпрямительные (включая столбы, мосты, матрицы), импульсные, стабилитроны, варикапы, управляемые вентили (тиристоры, симметричные тиристоры - симисторы, динисторы);
2. СВЧ-диоды: детекторные, смесительные, параметрические, pin-диоды, лавинопролетные, туннельные, диоды Ганна;
3. Оптоэлектронные: фотодиоды, светодиоды, ИК-излучатели, лазерные диоды на основе гетероструктур;
4. Магнитодиоды.

Слаболегированные полупроводники используются для изготовления маломощных диодов, а сильнолегированные - для изготовления мощных и импульсивных диодов.

Основное значение для работы полупроводниковых диодов имеет электронно-дырочный переход, который для краткости называется р-n переходом.

Электронно-дырочный р-n переход

Электронно-дырочным, или р-n переходом, называют контакт двух полупроводников одного вида с различными типами проводимости (электронным и дырочным). Классическим примером р-n перехода являются: n-Si - p-Si , n-Ge - p-Ge .

В пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника p-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением, так называемой запирающий слой. Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) на границе полупроводников. Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее как переходу электронов из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. Однако при движении через p-n-переход неосновных носителей (так называемый дрейфовый ток Iдр ) происходит снижение контактной разности потенциалов φк , что позволяет некоторой части основных носителей, обладающих достаточной энергией, преодолеть потенциальный барьер, обусловленный контактной разностью потенциалов φк . Появляется диффузный ток Iдиф , который направлен навстречу дрейфовому току Iдр , т.е. возникает динамическое равновесие при котором Iдр = Iдиф .

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Евн , совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов напряженностью Езап , это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда (дырки и электроны).

При этом сопротивление р-n-перехода велико, ток через него мал - он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называется обратным (дрейфовым), а р-n-переход закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения внешнее электрическое поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении 0,3 - 0,5 В запирающий слой исчезает. Сопротивление р-n-перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым (диффузионным), а переход открытым.

Сопротивление открытого р-n-перехода определяется только сопротивлением полупроводника.

Классификация диодов

Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя электродами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными.

Условные графические обозначения некоторых типов диодов согласно отечественным стандартам и их графические изображения показаны в таблице:

Выпрямительные диоды

Предназначены для преобразования переменного тока в однополярный пульсирующий или постоянный ток. К таким диодам не предъявляют высоких требований к быстродействию, стабильности параметров, емкости p-n-переходов. Из-за большой площади p-n- перехода барьерная емкость диода может достигать десятков пикофарад.

На рисунке а показан p-n-переход, образующий диод, на рисунке б показано включение диода в прямом направлении, при котором через диод протекает ток Iпр . На рисунке в показано включение диода в обратном направлении при которм через диод протекает ток Iобр .

На рисунке а показано включение диода VD в цепь, питаемую синусоидальным источником ЭДС e, временная характеристика которого показана на рисунке б. На рисунке в показан график тока, протекающего через диод.

Основными параметрами выпрямительного диода являются:

• Uобр.max - максимально допустимое напряжение, приложенное в обратном направлении, которое не нарушает работоспособности диода;
• Iвп.ср - среднее за период значение выпрямленного тока;
• Iпр.и - амплитудное значение импульсного тока при заданной длительности скважности импульса;
• Iобр.ср - среднее за период значение обратного тока;
• Uпр.ср - среднее за период значение прямого напряжения на диоде;
• Pср - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом;
• rдиф - дифференциальное сопротивление диода.

Качественно вольт-амперные характеристики универсального кремниевого и германиевого диода представлены на рисунке а, а зависимости вольт-амперных характеристик универсального кремниевого диода для трех значений температуры показаны на рисунке б.

Для безопасной работы германиевого диода его температура не должна превышать 85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до 150°С.

Импульсные диоды

Предназначены для работ в цепях с импульсными сигналами. Основным для них является режим переходных процессов. Для уменьшения длительности переходных процессов в самом приборе импульсные диоды имеют малые значение емкостей p-n-перехода, которые составляют значение от долей до единицы пикофарад.

Это достигается путем уменьшения площади p-n- перехода, что в свою очередь обуславливает малые значения допустимой мощности, рассеиваемой диодом. Основными характеристиками импульсных диодов являются:

• Uпр.max - максимальное значение импульсного прямого напряжения;
• Iпр.max - максимальное значение импульсного тока;
• Cд - емкость диода;
• tуст - время установления прямого напряжения диода;
• tвост - время восстановления обратного сопротивления диода. Это интервал времени от момента прохождения тока через нуль до момента, когда обратный ток достигает заданной малой величины.

Стабилитроны

Для стабилизации напряжения в электрических схемах используются полупроводники диоды с особыми вольт-амперным характеристиками - стабилитроны. Вольт-амперная характеристика стабилитрона показана на рисунке. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики свидетельствует о работе в режиме электрического пробоя и содержит участок между точками а и b, близкого к линейному и ориентированному вдоль оси токов. В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется не значительно.

Этот участок для стабилитрона является рабочим. При изменении тока в пределах от Icт.min до Iст.max напряжение на диоде мало отличается от величины Uст .

Значение Iст.max ограничено максимально допустимой рассеиваемой мощностью стабилитрона. Минимальное значение тока стабилизации по модулю быть больше величины Icт.min , при котором стабилитрон сохраняет свои стабилизирующие свойства.

Промышленность выпускает широкий спектр стабилитронов с напряжением стабилизации от 1В до 180В.

Стабилитрон характеризуется следующими параметрами:

• Uст - напряжение стабилизации;
• Iст.max - максимальный ток стабилизации;
• Icт.min - минимальный ток стабилизации;
• rд - дифференциальное сопротивление на участке "ab";
• ТКН - температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений на нагрузке при изменяющемся напряжении во внешней цепи. Стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Диоды Шотки

Диоды Шотки характеризуются низким падением напряжения на открытом диоде. Величина этого напряжения составляет величину порядка 0,3В, что значительно меньше, чем у обычных диодов. Кроме того, время восстановления обратного сопротивления ts составляет величину порядка 100пс, что значительно меньше, чем у обычных диодов. Кроме цифровых схем диоды Шотки применяются в схемах вторичных источников электропитания с целью снижения статических и динамических потерь в самих диодах: в выходных каскадах импульсивных источников питания, DC/DC конвекторах, в системах электропитания компьютеров, серверах, система связи и передачи данных.

Варикапы

Нелинейные конденсаторы, основанные на использование свойств электронно-дырочного p-n-перехода, относятся к варикапам. Варикап используется при приложении p-n-переходу обратного напряжения. Ширина p-n-перехода, а значит и его емкость, зависит от величины приложенного к p-n-переходу напряжения. Емкость такого конденсатора определяется при помощи выражения

В этом выражении - емкость при нулевом запирающем напряжении, S и l - площадь и толщина p-n-перехода, ε0 - диэлектрическая постоянная, ε0 = 8,85 · 10-12 Ф/М , εr - относительная диэлектрическая постоянная; φк - контактный потенциал (для германия 0,3..0,4 B и 0,7..0,8 B для кремния); |u| - модуль обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу; n = 2 для резких переходов; n = 3 для главных переходов.

График зависимости С(u) показан на рисунке

Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом напряжении. При увеличении обратного смещения емкость варикапа уменьшается. Основным параметрами варикапа являются:

• С - емкость при обратном напряжение 2 - 5 В;
• КC = Cmax /Cmin - коэффициент перекрытия по емкости.

Обычно C = 10 - 500 пФ , КC = 5 - 20. Варикапы применяются в системах дистанционного управления, для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов.

Светодиоды

Светодиодом, или излучающим диодом, называется полупроводниковый диод, излучающий кванты света при протекании через него прямого тока.

По характеристике излучения светодиоды разделяются на две группы:

• светодиоды излучением в видимой части спектра;
• светодиоды с излучением в инфракрасной части спектра.

Схематическое изображение структуры светодиода и его УГО представлено на рисунке:

Областями применения светодиодов ИК-излучения являются оптоэлектронные устройства коммутации, оптические линии связи, система дистанционного управления. Наиболее распространенный в настоящее время инфракрасный источник - это светодиод на основе GaAs(λ = 0,9 мкм). Возможность создания экономичных и долговременных светодиодов, согласованных по спектру с естественным освещением и чувствительностью человеческого глаза, открывает новые перспективы для их нетрадиционного использования. Среди них использование светодиодов в транспортных многосекционных светофорах, индивидуальных микромощных лампочках освещения (при мощности 3 Вт световой поток составляет 85 лм), в осветительных приборах автомобилей.

Фотодиоды

В фотодиодах на основе p-n-переходов используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим излучением неосновных неравновесных носителей. Схематически фотодиод изображен на рисунке:

При попадании кванта света с энергией hγ в полосе собственного поглощения в полупроводнике возникает пара неравновесных носителей - электрон и дырка. При регистрации электрического сигнала необходимо зарегистрировать изменение концентраций носителя. Как правило, используется принцип регистрации неосновных носителей заряда.

При разомкнутой внешней цепи (SA разомкнут, R = ∞) для случая, когда внешнее напряжение отсутствует, ток через внешнюю цепь не протекает. В этом случае напряжение на выводах фотодиода будет максимальным. Эту величину VG называют напряжением холостого хода Vxx . Напряжение Vxx (фото ЭДС) можно также определить непосредственно, подключая к выводам фотодиода вольтметр, но внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления p-n-перехода. В режиме короткого замыкания (SA замкнут) напряжение на выводах фотодиода VG = 0. Ток короткого замыкания Iкз во внешней цепи равен фототоку Iф

Iкз = Iф

На рисунке показано семейство ВАХ фотодиода как при отрицательной, так и при положительной полярности фотодиода.

При положительных напряжениях VG ток фотодиода быстро возрастает (пропускное направление) с увеличением напряжения. При освещении же общий прямой ток через диод уменьшается, так как фототок направлен противоположно току от внешнего источника.

ВАХ p-n-перехода, располагаясь во 2 квадранте (VG > 0, I < 0), показывает, что фотодиод можно использовать как источник тока. На этом базируется принцип работы солнечных батарей на основе p-n-переходов (режим фотогенератора). Световая характеристика представляет собой зависимость величины фототока Iф от светового потока Ф, падающего на фотодиод. Сюда же относится и зависимость Vxx от величины светового потока. Количество электронно-дырочных пар, образующихся в фотодиоде при освещении, пропорционально количеству фотонов, падающих на фотодиод. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока:

Iф = кФ,

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фотодиода.

При обратном смещении фотодиода ток во внешней цепи пропорционально световому потоку и не зависит от напряжения VG (режим фото-преобразователя). Фотодиоды являются быстродействующими приборами и работают на частотах 107 - 1010 Гц. Фотодиоды широко применяются в оптопарах "cветодиод-фотодиод"

Оптрон (оптопара)

Оптрон - полупроводниковый прибор, содержащий источник излучения и приемник излучения, объединенные в одном корпусе и связанные между собой оптически, электрически или одновременно обеими связями. Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

В резисторных оптронах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 107 ..108 раз. Кроме того, вольт-амперная характеристика фоторезистора отличается высокой линейностью и симметричностью, что и обусловливает широкую применимость резиновых оптопар в аналогичных устройствах. Недостатком резисторных оптронов является низкое быстродействие - 0,01..1 c.

В цепях передачи цифровых информационных сигналов применяются главным образом диодные и транзисторные оптроны, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей - тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных и транзисторных оптронов характеризуется временем переключения, которое часто лежит в диапазоне 5..50 мкс. Для некоторых оптронов это время меньше. Рассмотрим несколько подробнее оптопару светодиод-фотодиод.

Условное графическое обозначение оптопары показано на рисунке а:

Излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод - в прямом (режим фотогенератора) или в обратном направлении (режим фотопреобразователя).