Светодиод в качестве стабилитрона

Стабилитроны из транзисторов, или о чем было видео

После публикации моего предыдущего поста самые внимательные начали спрашивать меня в ЛС о том, что же это за устройство, почему схема такая странная и как она работает. Эта статья содержит ответы на заданные вопросы.

Итак, все началось с того, что мне понадобился следующий пятиполюсник:

Т.е., необходимо хитро разделять питание, делая его двухуровневым/двуполярным (для чего мне нужна такая схема — тема отдельной статьи, пока призываю читателя принять эту нужду как данность).

Очевидное решение этой проблемы изображено на рисунке ниже.

Здесь бы все могло и закончиться, если бы я мог купить стабилитрон. Но, по известным сообществу причинам, в этом деле меня постигла э-э-э… большая неудача.

Что делать, если нет стабилитрона? Конечно, сделать его самому!

Известно, что диод — по сути низковольтный стабилитрон.

Видно, что прямая ветвь ВАХ диода по своим свойствам, в принципе, очень похожа на обратную (рабочую) ВАХ стабилитрона (и, естесственно, на его прямую ВАХ). Обе ветви имеют участок, на котором напряжение слабо зависит от тока — для стабилитрона это область обратного пробоя (конечно, и на прямой ветви стабилитрона такой участок тоже есть, но обычно он не используется), для диода — участок ВАХ, на котором диод открыт. В этом случае падение на диоде постоянно и составляет примерно 0.6В для кремния.

Известно, что диод можно заменить транзистором:

Это классическая схема, которая применялась в эпоху ТТЛ в микросхемах, и которую до сих пор преподают в ВУЗах.

Видно, что если расматривать диоды и стабилитроны как черные ящики, то друг от друга они отличаются только напряжением стабилизации. Например, обычный диод можно использовать как стабилитрон на 0.6В (диоды, специально предназначенные для стабилизации напряжения на прямой ветви ВАХ, называются стабисторами), синий светодиод — как стабилитрон (стабистор) на 3.3В, и т.д. Т.е., в реальности напряжение на открытом диоде зависит от материала полупроводника. Но можно доработать эквивалентную схему диода на транзисторе так, чтобы получить любое нужное напряжение на открытом аналоге диода за счет схемотехнической хитрости.

Переход база-эмиттер транзистора представляет собой самый настоящий диод. Таким образом, в рабочем режиме транзистор будет открываться ровно до тех пор, пока на переходе база-эмиттер не установится напряжение примерно 0.6В (для кремниевого транзистора). Потому очевидно, что в такой схеме

напряжение коллектор-эмиттер тоже будет равно 0.6В, ибо база подключена напрямую к коллектору.

Теперь давайте сделаем так, чтобы напряжение 0.6В получалось не при 0.6В между коллектором и эмиттером, а при произвольном напряжении (ясно, что для этого на базу надо подавать только часть напряжения коллектор-эмиттер):

И вот, мы имеем двухполюсник, падение напряжения на котором мы можем произвольно менять. По сути, мы получаем регулируемый стабилитрон.

Исходя из этих соображений, исходная схема преобразуется следующим образом:

Надеюсь, я ответил на все вопросы интересующихся. 🙂

Нештатное использование электронных компонентов

И для Юхи подходит хорошо как тестер ТПИ и прочих импульсных трансов .

Давайте в диодами в качестве стабилитронов уточник.
ВАХ диода я представляю. Понимаю как он работает вентилем. Явственно вижу в уме схему для снятия характеристик.
Вот я собираю эту схему. Диод в обратном включении. Плавно увеличиваю напряжение.
Как должны меняться показания амперметра и вольметра ? Какой момент — «истины» ?

Непонятки. Диод в обратном включении должен быть закрыт до момента превышения Uобр., после этого — необратимый (в отличии от стабилитрона) пробой и «выход из строя».
DWD, Ваше слово.

А почему это, собственно, DWD такая привилегия? Я тоже могу. И хочу!

Mastak: необратимый
Ничего необратимого, стоит только последовательно с диодом включить резистор, оганичивающий этот самый обратный ток до безопасного уровня. Безопасный уровень — это когда рассеиваемая на диоде мощность (ну и его температура) не превысит допустимой.
Так что момент истины определяется элементарно: включаете диод через резистор сопротивлением, скажем, 10 ком или 1 Мом, к источнику питания, и увеличиваете его Uвых, одновременно меряя на диоде напряжение. Растут показания вольтметра — наращиваете дальше. Перестали расти — вот оно и есть, искомое Uстаб. Ну можно ещё немного поднять, чтобы убедиться, что есть стабилизация. А на показания амперметра можно не обращать внимания, если резистор правильно выбран.

В конце 70 годов я использовал Д220 как высоковольтный стабилитрон. Где-то вычитал о возможности использования импульсных кремниевых диодов в качестве стабилитронов. Может быть даже в «Радио» или в «Бог — в помощь радиолюбителю». Принципиальной разницы между обычным стабилитроном нет. Только количественная — нельзя гнать большой ток. У меня было где-то 100 мкА и
где-то 100 — 120 вольт.

Между выпрямительным диодом и стабилитроном принципиальной разницы действительно нет. Отличие у них технологическое (конструктивное) и в параметрах. У стабилитронов конструкция направлена на хороший отвод тепла от кристалла, и база диода делается с минимально возможным сопротивлением, чтобы увеличить стабильность напряжения стабилизации в рабочем интервале токов. А принципиально, любой кремниевый диод можно использовать как стабилитрон, не допуская его перегрева. А если упустил тепловой процесс — диод уйдет в необратимый тепловой пробой.
А вот вопрос любителям физики: почему нет германиевых стабилитронов?

Я согласен со Спец-ом.
Я, конечно, не критерий истины, и многое не пробовал, к сожалению. или к счастью.

Но из всех диодов и транзисторов получалось сделать «стабилитрон». Не получалось только тогда, когда напряжение моего генератора было меньше напряжения лавинного пробоя «подопытного» (200В-230В).

Главное, что бы процес был не как в атомной бомбе, а как в атомном реакторе — медленным. Для этого нужно всегда ограничивать ток через испытуемый полупроводник.

Например, транзистор КТ315 все знают. Все знают, что обратно смещённый переход база-эммитер является стабилитроном на

7,5В.
А если в прямой полярности, да переход взять коллектор-эммитер.

Я взял с буквой «А» (их у меня больше). Подробности уже забыл, так что могу ошибиться в деталях, но общая тенденция, думаю, будет понятна.
По справочнику — максимальное напряжение для КТ315А — 25В.
Так вот, замыкаем базу с эммитером, и подаём пульсирующее напряжение между коллектором и эммитером (напряжение генератора через диод в правильной для транзистора полярности). Такой способ более нагляден — вся динамика на осцилографе, не то, что при постоянном напряжении.

При напряжении 60В транзистор «пробивается». Но ток ограничен резистором, по этому пробой обратим. Вот — уже стабилитрон.
Ток не помню. Трнзистор греется, хотя и не смертельно, резистор — вообще, дымит (2-х ваттный!).

Размыкаю базу с эммитером, и базу вешаю в воздухе.
Теперь ещё интереснее — напряжение растёт до, кажется, 50В и быстренько падает до 30В. или 40В. (вот, склероз. ) и держится на этом уровне пока напряжение генератора не начнёт уменьшаться (синусоида, ведь). Затем, с этого уровня (30-40В) падает вместе с сиусоидой.

Получается компаратор тока с гистерезисом.
Если ток через переход коллектор-эммитер не превышает какого то значения, то напряжение на переходе большое и повторяет входное (тока нет). Затем, напряжение ограничивается переходом, как стабилитроном и ток растёт. Достигнув какого то значения, тока, переход меняет своё напряжение «стабилизации» на меньшее (с 50В до 30-40В). Причём, очень резко! на частоте синусоиды 50Гц, длительность перехода — микросекунды, не больше (не додумался точно проверить). На осциллографе это место лучь не вычерчивает (на развёртке , когда на весь экран один полупериод).

Если между базой и эммитером поставить резистор, то от его величины зависит напряжение «стабилизации» — чем меньше сопротивление, тем больше напряжение стабилизации. Но сохраняется зависимость этого напряжения от тока. Просто, меняются цифры напряжений, например, при малом токе — 55В, а при большем значении тока — 40В. Вместо, скажем, 50В и 30В без резистора или при его большом значении.

Более детальных «исследований» я не проводил. По этому, точных графиков и зависимостей я привести не могу.

Придумайте как применить этот эффект — изменение напряжения стабилизации перехода коллектор-эммитер при некотором значении тока через него, и тогда можно будет провести более детальное «обследование» и появятся конкретные цифры.

Так что, kvn, берите деталь и пробуйте получить то, что Вам нужно. А появится результат — всегда можно спросить, стоит его использовать или нет.
Вдруг, что то новое найдёте.

Что то я уже сомневаюсь — может, напряжение не уменьшалось, а увеличивалось при увеличении тока.
В общем, как в фильме — день рождения вымышлен, но шашлык, доктора наук — всё настоящее. («Москва слезам не верит»).

То есть, ёффект есть, но я забыл конкретные зависимости.

DWD, получается, что Вы лично для себя открыли лавинный транзистор! Это вещь хотя и известная, и применяемая в технике (для генерации очень коротких импульсов, до 1 нс и менее), но не очень широко. Хотя, помнится в Радио публиковался осциллограф всего на трёх транзисторах, и генератор развёртки там был на лавиннике. Если интересно, могу порыть в архиве.
А что касается псевдостабилитронов, расскажу такую историю. Году этак в 1972-м объясняли нам на лекции обратную ветвь ВАХ полупроводникового диода, и выдали это самое: ВиНи: любой кремниевый диод можно использовать как стабилитрон. Мне тогда позарез были нужны жутко дефицитные стабилитроны на 3,3. 3,9 вольт (для цветомузыки на тиристорах с киловаттным выходом). Ну, прибежал я в общагу, выгреб всё, что было, и давай обратную ВАХ снимать. И нашёл-таки! Оказалось, что у ВЧ-германиевых транзисторов эмиттерный переход имеет нужное мне Uстаб. Подобрал по напряжению, впаял их в схему — работает! На радостях написал про это дело в Радио, и там опубликовали. Это была моя вторая публикация. Разобрался даже в том, почему у одних температурный коэффициент Uст положительный, а у других — отрицательный, а можно подобрать и нулевой.
Так что вот и ответ на вопрос ВиНи: почему нет германиевых стабилитронов? Есть они, точнее, могут быть, а не получили распространения по той же причине, по которой ушло всё германиевое (не только стабилитроны).

Спасибо всем, просветили.
Наверное, коллоквиум на тему «Некоторые аспекты поведения диодов и стабилитронов в области обратной ветви ВАХ применительно к параметрическим стабилизаторам напряжения» я тогда прогулял.
Вот, аукнулось!

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Светодиод в роли стабилитрона

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Об использовании светодиодов для стабилизации напряжения paдиолюбителям-конструкторам известно давно. Однако возможности этих элементов в качестве стабилизаторов оказались существенно более широкими, чем предполагалось ранее. О результатах своих экспериментов рассказывает автор этой статьи.

Одним из элементов, часто используемых в радиолюбительской практике, является стабилитрон. Если взглянуть на номенклатуру выпускаемых промышленностью стабилитронов, легко увидеть, что подавляющее число их типов имеют напряжение стабилизации от 3 до 15 В. Для стабилизации меньших значений напряжения чаще всего применяют стабисторы, обычные диоды в прямом включении или светодиоды в стандартном включении [1]. Стабилизировать напряжение питания маломощных нагрузок можно и с помощью обратносмещенных переходов транзисторов |2].

Выбор стабилитронов с напряжением стабилизации 15. 35 В заметно более скуден, и они менее доступны. Нередко приходится использовать последовательно включенные два-три стабилитрона на меньшее напряжение, что, однако, не всегда удобно. К тому же талой «стабилитрон» может оказаться слишком громоздким.

В подобных случаях выручат светодиоды, которые широко распространены и более дешевы. Практика показала, что обычные светодиоды можно использовать как стабилитроны с напряжением стабилизации 12. 35 В, если включить их в обратной полярности. При этом нужно помнить, что светодиоды одной серии бывают разного цвета свечения и имеют разное напряжение стабилизации. Так, у светодиодов красного свечения напряжение меньше, чем у зеленого, что позволяет подобрать экземпляр с требуемыми параметрами.

На рис. 1 изображена схема параметрического стабилизатора напряжения на светодиоде. По этой схеме несложно собрать испытательный стенд для экспериментов. На рис. 2 представлены ВАХ некоторых светодиодов в стабилитронном включении.

Как свидетельствует практика, большинство светодиодов пригодны для работы в качестве стабилитронов, а вот АЛ360Б — нет, из-за слишком большого дифференциального сопротивления. Интересно, что некоторые экземпляры, в основном зеленого свечения, выдерживали обратное напряженке 50 В и более. Расчет показывает, что дифференциальное сопротивление светодиодов-стабилитронов находится в пределах 60. 300 Ом -это вполне приемлемо для большого числа практических случаев. Лучшим по этому параметру из всех испытанных оказался светодиод АЛ102Б.

Очевидно, что подобным образом можно использовать и другие, не отраженные на рис. 2, светодиоды, а также светодиодные цифровые и буквенно-цифровые индикаторы, например семиэлементные. В тех случаях, когда часть такого индикатора вышла из строя и его по прямому назначению использовать нельзя, он вполне пригоден в качестве своеобразного набора стабилитронов.

На рис. 3 изображены ВАХ отдельных элементов таких индикаторов, включенных по схеме на рис. 1. Установлено, что в одном индикаторе максимальный разброс напряжения стабилизации элементов достигает 5 В. Это позволяет выбрать наиболее подходящее ее значение.

В заключение — несколько слов о выборе элементов стабилизатора и режимов. Номинал резистора R1 определяют по формуле: R1=(Uвх-Uст)/(Icт+Iн). При выборе номинального значения тока стабилизации следует учитывать, что при малом токе (0,2 мА и менее), как, впрочем, и у всех стабилитронов, на светодиоде присутствует заметная шумовая переменная составляющая (20. 30 мВ) напряжения стабилизации. Ее можно значительно уменьшить включением конденсатора С1.

Максимальный же ток стабилизации Iст макс. ограничен предельно допустимой мощностью рассеяния на светодиоде Icт макс. Если не можете скачать файл. / Наше приложение ВКонтакте / Какими программами открывать скачанное? | Распоряжения 1

Полупроводниковые аналоги стабилитронов

Стабилитроны (диоды Зенера, Z-диоды) предназначены для стабилизации напряжения, режимов работы различных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Принцип работы стабилитрона основан на явлении зенеровского пробоя п-р перехода. Этот вид электрического пробоя происходит в обратносмещенных полупроводниковых переходах при увеличении напряжения выше некоторой критической отметки. Помимо зенеровского пробоя известен и используется для стабилизации напряжения лавинный пробой. Типовые зависимости тока через полупроводниковый прибор (стабилитрон) от величины приложенного прямого или обратного напряжений (вольт-амперные характеристики, ВАХ) приведены на рис. 1.1.

Прямые ветви ВАХ различных стабилитронов практически совпадают (рис. 1.1), а обратная ветвь имеет индивидуальные особенности для каждого типа стабилитронов. Эти параметры: напряжение стабилизации; минимальный и максимальный ток стабилизации; угол наклона ВАХ, характеризующий величину динамического сопротивления стабилитрона (его «качество»);

максимальная мощность рассеяния; температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) — используют для расчетов схем.

Типовая схема включения стабилитрона показана на рис. 1.2. Значение гасящего сопротивления R1 (в кОм) вычисляют по формуле:

Для стабилизации напряжения переменного тока либо симметричного ограничения его амплитуды на уровне UCT используют симметричные стабилитроны (рис. 1.3), например типа КС 175. Такие стабилитроны можно использовать для стабилизации напряжения постоянного тока, включая их без соблюдения полярности. Получить «симметричный» стабилитрон можно из двух «несимметричных», включив их встречно по схеме, приведенной на рис. 1.4.

Выпускаемые промышленно полупроводниковые стабилитроны позволяют стабилизировать напряжение в широких пределах: от 3,3 до 180 В. Так, существуют стабилитроны, позволяющие стабилизировать низкие напряжения: 3,3; 3,9; 4,7; 5,6 В — это КС133, КС139, КС147, КС156 и т.д. При необходимости получить нестандартное напряжение стабилизации, например, 6,6 В, можно включить последовательно два стабилитрона КС133. Для трех таких стабилитронов напряжение стабилизации составит 9,9 В. Для напряжения стабилизации 8,0 В можно использовать сочетание стабилитронов КС133 и КС147 (т.е. 3,3+4,7 В) либо стабилитрон КС175 и кремниевый диод (КД503) — в прямом направлении (т.е. 7,5+0,5 В).

В ситуациях, когда требуется получить стабильное напряжение величиной менее 2. 3 В, используют стабисторы — полупроводниковые диоды, работающие на прямой ветви ВАХ (рис. 1.1).

Отметим, что вместо стабисторов можно с успехом использовать обычные германиевые (Ge), кремниевые (Si), селеновые (Se), арсенид-галлиевые (GaAs) и иные полупроводниковые диоды (рис. 1.5). Напряжение стабилизации в зависимости от величины тока, протекающего через диод, составит: для германиевых диодов — 0,15. 0,3 б; для кремниевых — 0,5. 0,7 В.

Особенно интересно применение в целях стабилизации напряжения светоизлучающих диодов (рис. 1.6) [Р 11/83-40].

Светодиоды могут выполнять одновременно две функции: своим свечением индицировать наличие напряжения и стабилизировать его величину на уровне 1,5. 2,2 В. Напряжение стабилизации светодиодов UCT можно определить по приближенной формуле: L/Cr=1236/Л. (В), где X — длина волны излучения светодиода в нм [Рл 4/98-32].

Для стабилизации напряжения может быть использована обратная ветвь ВАХ полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов), специально для этих целей не предназначенных (рис. 1.7, 1.8, а также рис. 20.7). Это напряжение (напряжение лавинного пробоя) обычно превышает 7 б и не отличается высокой повторяемостью даже для полупроводниковых приборов одного типа. Для избежания теплового повреждения полупроводниковых приборов при столь необычном режиме их эксплуатации ток через них не должен превышать долей миллиампера. Так, для диодов Д219, Д220 напряжение пробоя (напряжение стабилизации) может находиться в пределах от 120 до 180 В [Р 9/74-62; Р 10/76-46; Р 12/89-65].

Для стабилизации малых напряжений используют схемы, представленные на рис. 1.9 — 1.12. В схеме (рис. 1.9) [Горошков Б.И.] использовано «диодное» параллельное включение двух кремниевых транзисторов. Напряжение стабилизации этой схемы равно 0,65. 0,7 В для кремниевых транзисторов и около 0,3 В — для германиевых. Внутреннее сопротивление такого аналога стабистора не превышает 5. 10 Ом при коэффициенте стабилизации до 1000. 5000. Однако при изменении температуры окружающей среды нестабильность выходного напряжения схемы составляет около 2 мВ на каждый градус.

В схеме на рис. 1.10 [Р 6/69-60; ВРЯ 84-9] использовано последовательное включение германиевого и кремниевого транзисторов. Ток нагрузки этого аналога стабилитрона может составить 0,02. 10 мА. Устройства, показанные на рис. 1.11 и 1.12 [Рл 1/94-33], используют встречное включение транзисторов структуры р-п-р и п-р-п и различаются лишь тем, что для повышения выходного напряжения в одной из схем между базами транзисторов включен кремниевый диод (один или несколько). Ток стабилизации аналогов стабилитронов (рис. 1.11, 1.12) может быть в пределах 0,1. 100 мА, дифференциальное сопротивление на рабочем участке ВАХ не превышает 15 Ом.

Стабилизировать малые напряжения можно и с помощью полевых транзисторов (рис. 1.13, 1.14). Коэффициент стабилизации таких схем очень высок: для однотранзисторной схемы (рис. 1.13) достигает 300 при напряжении питания 5. 15 В, для двухтранзисторной (рис. 1.14) в тех же условиях превышает 1000 [Р 10/95-55]. Внутреннее сопротивление этих аналогов стабилитронов составляет, соответственно, 30 Ом и 5 Ом.

Стабилизатор напряжения можно получить с использовани ем в качестве стабилитрона аналога динистора (рис. 1.15, см также главу 2) [Горошков Б.И.].

Для стабилизации напряжений при больших токах в нагрузке используют более сложные схемы, представленные на рис. 1.16 — 1.18 [Р 9/89-88, Р 12/89-65]. Для увеличения тока нагрузки необходимо использовать мощные транзисторы, установленные на теплоотводах.

Стабилизатор напряжения, работающий в широком диапазоне изменения питающего напряжения (от 4,5 до 18 6), и имеющий значение выходного напряжения, немногим отличающееся от нижней границы напряжения питания, показан на рис. 1.19 [Горошков Б.И.].

Рассмотренные ранее виды стабилитронов и их аналогов не позволяют плавно регулировать напряжение стабилизации. Для решения этой задачи используются схемы регулируемых параллельных стабилизаторов, аналогичных стабилитронам (рис. 1.20, 1.21).

Аналог стабилитрона (рис. 1.20) позволяет плавно изменять выходное напряжение в пределах от 2,1 до 20 В [Р 9/86-32]. Динамическое сопротивление такого «стабилитрона» при токе нагрузки до 5 мА составляет 20. 50 Ом. Температурная стабильность низкая (-3×10″3 1/°С).

Низковольтный аналог стабилитрона (рис. 1.21) позволяет установить любое выходное напряжение в пределах от 1,3 до 5 В [F 3/73-122]. Напряжение стабилизации определяется соотношением резисторов R1 и R2. Выходное сопротивление такого параллельного стабилизатора при напряжении 3,8 В близко к 1 Ом. Выходной ток определяется параметрами выходного транзистора и для КТ315 может достигать 50. 100 мА.

Оригинальные схемы получения стабильного выходного напряжения приведены на рис. 1.22 и 1.23. Устройство (рис. 1.22) представляет собой аналог симметричного стабилитрона [Э 9/91]. Для низковольтного стабилизатора (рис. 1.23) коэффициент стабилизации напряжения равен 10, выходной ток не превышает 5 мА, а выходное сопротивление изменяется в пределах от 1 до 20 Ом [RFE 21/72].

Аналог низковольтного стабилитрона дифференциального типа на рис. 1.24 обладает повышенной стабильностью [Р 6/69-60]. Его выходное напряжение мало зависит от температуры и определяется разностью напряжений стабилизации двух стабилитронов. Повышенная температурная стабильность объясняется тем, что при изменении температуры напряжение на обоих стабилитронах изменяется одновременно и в близкой пропорции.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Светодиод в качестве стабилитрона

КВ приемник мирового уровня –это очень просто

ГЛАВА 12 Полупроводниковые диоды — немного истории.

“Аматор”: Я вот тут смотрел кое-какую литературу и нашел упоминание о диодах — СТАБИЛИЗАТОРАХ ТОКА! Может ли такое быть?

“Спец”: Вполне, вполне. Хотя . никакие известные диоды, насколько мне известно, подобными качествами не обладают!

“Незнайкин”: Ничего себе ситуация. Противоречие какое-то получается.

“С”: Ровным счетом никакого! Диоды действительно не могут стабилизировать ток! Но . сложное полупроводниковое устройство, в состав которого входят как диоды, так и транзисторы, а также и еще кое-какие компоненты (мы к этому вопросу еще вернемся) могут великолепно справляться с этой задачей. А-поскольку это устройство вполне может иметь только ДВА вывода, то простоты ради оно и получило наименование — ДИОД-СТАБИЛИЗАТОР тока!

“Н”: А может лучше о нем сразу рассказать?

“С”: Обязательно, но несколько позже. А сейчас я хотел бы сообщить вам об очень важных для нас диодах, в физической основе действия которых НЕ ЛЕЖИТ вообще р—n-переход! Это диод, основанный на переходе типа МЕТАЛЛ—ПОЛУПРОВОДНИК. Который также обладает выпрямительным эффектом. Эти приборы называют обыкновенно по имени, в честь исследователя, работы которого и подарили их электронике — ДИОДЫ ШОТТКИ.

“А”: Я читал о них! Они характеризуются очень малым временем переключения и очень низкой величиной накопленного заряда!

“С”: Совершенно верно! Добавлю только, что хотя в их основе тоже лежит кремний, но у них весьма мало прямое падение напряжения по сравнению с обычными кремниевыми диодами. Оно составляет около 0,3 В.

“Н”: А у обычных сколько? “А”: Между 0,6 и 0,7 вольта.

“С”: У них масса и других достоинств. Например, очень малые шумы и ничтожные (сравнительно с любыми другими типами диодов) емкости! Что в сумме делает диоды Шоттки наиболее предпочтительными для создания ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ДИОДНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ. Существует и еще один класс диодов, которые дали очень много как схемотехнике, так и дизайну приборостроения.

“А”: Речь идет о СВЕТОДИОДАХ?

“С”: Именно о них! Обратите внимание, что светодиоды изготовляются не путем использования германия или кремния, о которых мы уже говорили ранее. А на основе СЛОЖНЫХ полупроводников. Например, на основе арсенида—фосфида галлия (имеющего валентную связь типа А 3 В.). Или, скажем, карбида кремния. Или арсенид—галлий—алюминия и прочие. Эти диоды излучают световые кванты при протекании через них прямого тока. Область спектрального излучения этих диодов имеет довольно узкие границы. При этом яркость свечения в широком диапазоне пропорциональна величине прямого тока светодиода!

“Н”: Так они могут заменить маленькую электрическую лампочку?

“С”: Новейшие светодиоды, получившие наименование “сверхярких”, действительно, можно использовать в качестве подсветки, если тебя не будет шокировать их кроваво-красный свет! Но, в отличие от лампочки, нить накаливания которой нагрета до 2000 °С, излучающая свет область кристалла имеет температуру не выше 50°С! И, что важно, не обладает тепловой инерцией! Вот почему излучение светодиода очень легко модулировать. А, следовательно, одно из основных применений светодиода — это не столько элементарная подсветка., сколько передача информации в световом диапазоне. Токи для этого нужны совершенно пустячные! Например, новейшие японские, американские и голландские светодиоды великолепно светятся уже при токе 2 — 3 мА!

“А”: Для отчетливой индикации этого вполне достаточно! Но ведь на основе светодиодов изготовляются еще и цифровые индикаторы?

“С”: Да, но о них мы будем говорить позднее, когда вплотную займемся ЦОУ для приемника. Но, всем вышеперечисленным, возможности светодиодов опять-таки не ограничиваются! Что бы вы сказали, если мы попробуем применить светодиод в качестве . стабилитрона?

“Н”: Но ведь стабилитронов различных типов, как успел сообщить мне Аматор, хоть пруд пруди! Так зачем же.

Что может дать особо нового использование для этой цели светодиодов?

“С”: А вот тут, Незнайкин, ты глубоко неправ! Сточки зрения экономики это вообще одно и то же. А вот с точки зрения электроники.

“А”: Знаете, Спец, я тоже еще как-то не очень врубаюсь в ситуацию!

“С”: Это поправимо. Мы уже говорили, что стабилитроны, реально, используются для получения опорных напряжений не ниже 3,3 вольта. Более низкие напряжения стабилизации достигаются только последовательным включением обычных диодов в прямом направлении. Но их суммарное дифференциальное сопротивление при этом становится слишком большим. Обратимся к рисунку. На нем изображены ВАХ для различных случаев прямого включения диодов (см. рис. 12.1).

Так кривая 1 — это ВАХ одного кремниевого диода. Кривая 2 —

соответствует случаю прямого включения ДВУХ диодов. Обратите внимание на увеличение степени наклона! А теперь сравните кривые 1 и 2 с кривой 3, характеризующую ВАХ светодиода красного свечения.

“А”: Но я вообще не наблюдаю наклона характеристики кривой 3?! В то же время величина напряжения стабилизации составляет всего 1,6 вольта!

“С”: Насчет наклона ВАХ ты совершенно прав! Его, практически, вообще нет. Дифференциальное сопротивление светодиода не превышает ДОЛЕЙ ОМА! Кстати, в зависимости от длины волны излучения, напряжение стабилизации варьируется от 1,4 вольта (инфракрасный) до 2,4 вольта (зеленый).

“А”: Но имеются еще и такие приборы, как ФОТОДИОДЫ. Рассмотрим ли мы их?

“С”: Я сам сейчас думаю над этим вопросом. С одной стороны, если затронуть тему фотодиодов, нам придется уделить ей большое внимание. С другой — их использование в радиоприемнике в настоящий момент не предполагается. А мы не имеем возможности в наших беседах рассказать обо всей современной электронике. Причем сразу! Согласись, Аматор, что вот не затрагиваем же мы здесь тему о свойствах полупроводниковых лазеров, например.

“А”: Справедливо. В общем, если паче чаяния фотодиоды нам все же понадобятся, никто нам не помешает вернуться к ним.

“С”: Ну что же. На том и порешим!

“Н”: Значит, можно считать, что общее краткое знакомство с диодами мы закончили?

“С”: Да, пожалуй. Осталось только положить здесь начало своего рода справочнику, о необходимости которого мы упоминали выше!

“А”: Нет проблем! Беру бумагу и ручку. Дорогой Спец, я весь внимание. Уже пишу.

“С”: Как вы любезны. В таком случае — уже диктую. (см. Глава 30., табл. 30.2)

“А”: Ну вот, начало справочнику положено!

“С”: Всё это великолепно! Ну а теперь нас ждет знакомство с транзисторами. Итак, транзистор — это полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигналов.

Интересна их история. В то самое время как приёмно-усилительная лампа (ПУЛ) победно шествовала по всему свету, наиболее философски мыслящие умы усиленно искали ей замену. Они мечтали о приборчике экономичном, малогабаритном, очень надежном, не требующем для своей работы высоких напряжений. Бум, который произвел в техническом мире приемник — кристадин российского инженера Лосева (снабженный твердотельным диодом — усилителем) вскоре сошел на нет. Ни участок ВАХ кристалла, примененного Лосевым, имевший ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ; ни второе удивительное свойство того же кристалла — таинственное (как на то время) свечение при работе — не имели под собой никакого научного объяснения. А сам прибор — необходимой стабильности и постоянства действия.

“А”: А что же европейско-американская мысль? Не заинтересовалась этими эффектами?

“С”: Заинтересовалась, но не очень! Профессор физики Юлиус Ли-лиенфельд, работавший в США по проблеме создания твердотельного кристаллического усилителя, ещё с 1925 года получил 3 патента на совершенно иной принцип! Его патенты касались прибора ныне известного во всем мире как ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР. Патенты были датированы январем 1930 года, сентябрем 1932 года и мартом 1933 года. Кроме того, британский ученый Хейл в декабре 1935 года получил на эту же тему британский патент номер 439457. Но в качестве материала Лилиенфельд выбрал сульфид меди, а Хейл надеялся на пятиокись ванадия, теллур и йод. Первый действующий кристаллический усилитель на нагретом кристалле бромида калия создал немецкий физик Поль в 1938 году.

“А”: Выходит, никто из них не додумался испробовать германий или кремний?

“С”: Будущие создатели транзистора — Браттейн и Шокли так же долгое время экспериментировали с оксидом меди. Но в начале 1940 года Браттейна пригласили понаблюдать за экспериментами химика Рассела Оля, проводившимися в фирме BELL. Оль освещал середину кремниевой пластины, на концах которой были сделаны металлические контакты, присоединенные к вольтметру. Браттейн был поражен увиденным! Вскоре ему была предоставлена возможность работать с образцом кремния, в котором металлурги создали р—п-переход. Биполярный транзистор, фактически, был готов уже родиться, но . началась Вторая Мировая война. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский центр, лихорадочно работавший над созданием радаров.

“А”: Получается, что американцы работали не над полевым, а над биполярным транзистором?

“С”: Да, так угодно было Судьбе! Свою работу они смогли продолжить только через шесть лет, то есть после окончания войны. Любопытно, что после войны исследования были продолжены уже не над кремнием, а над германием. В конце 1945 года к Браттейну в группу был направлен физик Джон Бардин, специалист по квантовой механике. Ну, много работы и не меньшее количество везения потребовалось этим ученым! Удачной была, прежде всего, мысль ограничить исследования только простыми элементами — германием и кремнием. Новая, разработанная на основе анализа экспериментов теория, объяснив попутно эффект Шоттки, к концу 1947 года позволила реализовать многолетнюю мечту физиков — создать германиевый усилитель с коэффициентом усиления по напряжению порядка 100! Частотный диапазон достигал при этом 30 кГц!

“Н”: Но получается, что есть два абсолютно различных вида транзисторов?

“С”: Да, это безусловно так! Хотя их, вообще-то не два, а несколько больше.

“А”: А действительно, может перечислим основные типы?

“С”: Без проблем! Можем расписать этот факт следующим образом (см. рис. 12.2).

“Н”: И все это разнообразие действительно применяется?

“С”: Безусловно, но это еще далеко не все! Большой популярностью сейчас! пользуются, например, МДП- или МОП-транзисторы с двумя затворами. Ищ вот совершенно новый класс — ТРАНЗИСТОРЫ С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖ-‘ НОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ!

“А”: Но несколько видов транзисторов нам действительно необходимы!?; Так с каких начнем? С биполярных или полевых?

“С”: Не будем понапрасну спорить с историей! А потому — начнем с биполярных!