Полупроводниковый резистор — полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения.

Тип резисторов	Условное обозначение
Линейные резисторы
Варисторы
Терморезисторы: термисторы, позисторы
Тензорезисторы
Фоторезисторы

Первые две группы полупроводниковых резисторов в соответствии с этой классификацией – линейные резисторы и варисторы – имеют электрические характеристики, слабо зависящие от внешних факторов: температуры окружающей среды, вибрации, влажности, освещенности и др. Для остальных групп полупроводниковых резисторов, наоборот, характерна сильная зависимость их электрических характеристик от внешних факторов. Так, характеристики терморезисторов существенно зависят от температуры, характеристики тензорезисторов – от механических напряжений.

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения и, обладающий нелинейной симметричной вольт – амперной характеристикой (ВАХ).

Основные параметры варисторов:

1)коэффициент нелинейности ,     

где U и I – напряжение и ток варистора.

    Для различных типов варисторов  = 2…6;

2)максимальное допустимое напряжение U_maxдоп (от десятков вольт до нескольких киловольт); 3)номинальная мощность рассеяния Р_ном (1…3Вт);4)температурный коэффициент сопротивления ТКС ; 5)предельная максимальная рабочая температура (60…70С).

Область применения варисторов: варисторыможноиспользовать на постоянном и переменномтокес частотой до нескольких килогерц. Они используются для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в различных схемах автоматики.

Терморезисторы – это полупроводниковые резисторы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

Основные параметры термисторов:

1)номинальное сопротивление – это его сопротивление при определенной температуре (обычно 20⁰С) (от нескольких Ом до нескольких кОм с допустимым отклонением от номинального сопротивления ±5, ±10 и ±20%);

2)температурный коэффициент сопротивления терморезистора показывает относительное изменение сопротивления терморезистора при изменении температуры на один градус:     

3)максимально допустимая температура – это температура, при которой еще не происходит необратимых изменений параметров и характеристик терморезистора;

4)допустимая мощность рассеяния - это мощность, при которой терморезистор, находящийся в спокойном воздухе при температуре 20⁰С, разогревается при прохождении тока до максимально допустимой температуры;

5)постоянная времени терморезистора

Температурная характеристика терморезистора - это зависимость его сопротивления от температуры.

Рисунок 2.2 – Температурные характеристики терморезисторов:

     1 – термистор; 2 – позистор

Терморезисторы (термисторы и позисторы) применяют для температурной стабилизации режима транзисторных усилителей, а также в различных устройствах измерения, контроля и автоматики (измерения контроля и автоматического регулирования температуры, температурной и пожарной сигнализации и др.).

Тензорезистор– это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации.

Назначение – измерение давлений и деформаций.

Основные параметры тензорезисторов:1)номинальное сопротивление тензорезистора – это сопротивление без деформации при t = 20⁰C;2)коэффициент тензочувствительности – отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины тензорезистора:

3)предельная деформация тензорезистора.

Деформационная характеристика – это зависимость относительного изменения сопротивления тензорезистора от относительной деформации.

Рисунок 2.3 – Деформационные характеристики тензорезисторов из кремния с электропроводностью р- и n -типов

Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее обычно один p-n переход и имеющее два вывода.

 Классификация диодов производится по следующим признакам:

1) по конструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды.

2) по мощности: маломощные; средней мощности; мощные.

3) по частоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ.

4) по функциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды и так далее.

 Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:

- маркировка диодов;

- условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических схемах.

По ГОСТуна маркировка диодов состоит из 4 обозначений:

К С 156 А

Г Д 507 Б

I II III IV

I – показывает материал полупроводника:

Г(1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия.

II – тип полупроводникового диода:

Д – выпрямительные и импульсные диоды; А – диоды СВЧ; C – стабилитроны; В – варикапы; И – туннельные диоды; Ф – фотодиоды; Л – светодиоды; Ц – выпрямительные столбы и блоки.

III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам:

IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

На электронных схемах диоды обозначаются следующим образом:

ВыпрямительныйТуннельный                                  

Обращённый     

К основным статистическим параметрам диода относят прямое падение напряжения U_пр при заданном прямом токе I_пр, и постоянный обратный ток I_обр при заданном обратном напряжении U_обр. Дифференциальное сопротивление диода r_диф характеризует динамические параметры и влияет на крутизну вольтамперной характеристики диода, т.е. само дифференциальное сопротивление зависит от приложенного напряжения и протекающего тока.

Конструкция полупроводниковых диодов. Основой плоскостных и точечных диодов является кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называется базой транзистора. База припаивается к металлической пластинке, которая называется кристаллодержателем. Для плоскостного диода на базу накладывается материал акцепторной примеси и в вакуумной печи при высокой температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцепторной примеси в базу диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости и p-n переход большой плоскости (отсюда название).Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом. Большая плоскость p-n перехода плоскостных диодов позволяет им работать при больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения низкой частоты ( ) в постоянное. Они подразделяются на диоды:1)малой ; 2) средней 3) большой  мощности.

Основными параметрами, характеризующими выпрямительные диоды, являются:

1)Обратный ток при некотором значении обратного напряжения;

2)Падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод;

3)Барьерная емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины;

4)Диапазон частот, в котором возможна работа диода без существенного снижения выпрямленного тока;

5)Рабочий диапазон температур.

В рабочем режиме через диод протекает ток, и в его электрическом переходе выделяется мощность, вследствие чего температура перехода повышается. В установившемся режиме подводимая к переходу мощность   и отводимая от него  должны быть равны и не превышать максимально допустимой мощности , рассеиваемой диодом, т.е.  . В противном случае наступает тепловой пробой диода.

Стабилитроны – полупроводниковые диоды, работающие на обратной ветви ВАХ в области, где изменение напряжения электрического пробоя слабо зависит от значения

обратного тока и применяется для стабилизации напряжения.

Односторонний стабилитрон

Двусторонний стабилитрон

Основными параметрами стабилитронов являются:

U _ст- напряжение стабилизации при номинальном значении тока;

I _стmin- минимальный ток стабилизации, при котором возникает устойчивый пробой;

I _стmax максимальный ток стабилизации, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает допустимого значения;

R _ст- дифференциальное сопротивление, характеризующее изменение напряжения стабилизации при изменении тока: R _ст = D U / D I .

При рассмотрении ВАХ стабилитрона видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. Стабилитроны изготавливаются исключительно из кремния, их также еще называют опорными диодами, т. к. в ряде случаев получаемое от них стабильное напряжение используется в качестве опорного. При обратном токе напряжение стабилизации меняется незначительно. Стабилитрон работает при обратном напряжении.

В схемах со стабилитроном должен быть ограничивающий резистор.

Недостаток стабилитрона: при малых токах стабилизации <3 мА увеличивается  и существенную роль играют шумы.

Фотодиодом называется фотоэлектрический прибор, имеющий один р- n-переход. В основе его работы лежит явление возрастания обратного тока р- n-перехода при его освещении, т.е. световой поток управляет обратным током фотодиода.

Фотодиоды имеют структуру обычного р- n-перехода (см. рис.), где а) - условное обозначение фотодиода, б) - структура фотодиода. Вследствие оптического возбуждения в р и n областях возникает неравновесная концентрация носителей заряда.

На границе перехода неосновные носители заряда под влиянием электрического поля, перебрасываются через переход в область, где они являются основными носителями. Электрический ток, созданный ими есть полный фототок. Если р- n-переход разомкнут, то перенос носителей заряда, генерируемых светом, приводит к накоплению отрицательного в n-области и положительного в р-области зарядов. Новое равновесное состояние соответствует меньшей высоте потенциального барьера, равной (U_к-Е_ф). ЭДС Е_ф, возникающую при этих процессах, на значение которой снижается потенциальный барьер Uк в р- n-переходе, называют фотоэлектродвижущей силой (фото-ЭДС)     

В данной ситуации фотодиод работает в режиме фотогенератора, преобразуя световую энергию в электрическую. Достоинства: большое быстродействие. Недостатки: невысокая фоточувствительность.   Светодиодами - называются полупроводниковые приборы, преобразующие электрические сигналы в оптическую лучистую энергию некогерентного светового излучения. При приложении к светодиоду прямого напряжения происходит инжекция носителей заряда, которая в сочетании с рекомбинацией с неосновными носителями вызывает излучение.

Основные параметры:

1) сила света (десятые доли÷единицымКанделл);

2)яркость (десятки÷сотни Кандел на кв.см);

3)постоянное прямое напряжение ;

4)цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку; максимально допустимый постоянный прямой ток (десятки мА);

5)максимально допустимое постоянное обратное напряжение (единицы В).