ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 178
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, достаточное для возникновения электрического пробоя. Rогр не позволяет току в стабилитроне превысить предельно допустимое значение Iобр.макс. Тем самым исключается переход электрического пробоя в тепловой. Сопротивление нагрузки Rн включено параллельно стабилитрону. Поэтому напряжения на них равны и близки к напряжению пробоя Uпр. Напряжение на нагрузке, в зависимости от крутизны участка пробоя, остаётся более или менее стабильным.
ВАРИКАП
Варикап– диод, предназначенный для работы в режиме управляемой барьерной ёмкости Cб.
При обратном напряжении на p-n переходе ток в нём очень небольшой и, если есть переменная составляющая Nд, существует ёмкостная составляющая обратного тока Iобр. Ёмкостный обратный ток тем больше, чем больше Cб и выше частота переменной составляющей. Его величина может намного превосходить активную составляющую обратного тока. Поэтому p-n переход при обратном напряжении можно использовать, как ёмкостный элемент. При прямом напряжении это невозможно, т.к. в этом случае появляется на несколько порядков больший активный прямой ток.
Подставив (26) в (16) с учётом того, что при обратном напряжении к = к0 + Uобр, получим: Cб = [2εε0(к0 + Uобр)(Nа + Nд)/qNаNд]½ (28)
Из (28) следует, что барьерной емкостью можно управлять, изменяя обратное напряжение на p-n переходе. Таким образом, p-n диод при Uобр является элементом с ёмкостью Cб, которую можно изменять.
При изготовлении варикапа полупроводник, тип примесей и закон их распределения в областях выбираются так, чтобы зависимость Cб(Uобр) была более сильной. В общем случае эта зависимость описывается выражением
Cб = [2εε
0(к0 + Uобр)(Nа + Nд)/qNаNд]m (29) где m = 0,3…1.
Схема включения варикапа приведена на рис. 19. Здесь варикап
Рис. 19
включён как ёмкость последовательного колебательного контура. На него подаётся управляющее обратное напряжение Uупр. Изменяя это напряжение можно настраивать колебательный контур на необходимую резонансную частоту ω0 = (1/√LC).
Свето- и фото-диоды. Солнечные батареи Устройство свето-и фото-диодовв целом одинаково, рис. 21. Одна из
областей их p-n перехода очень тонкая, что позволяет возникающему в переходе свету излучаться в окружающее пространство (светодиод) или позволяет внешнему свету проникать в переход (фотодиод).
В светодиодах используется излучательная рекомбинация, при которой рекомбинация каждой p-n пары порождает квант световой энергии.
Рис. 21
Интенсивная рекомбинация и свечение возможны только при протекании в светодиоде прямого тока от внешнего источника.
Из (2) следует, что длина волны и цвет возникающего света определяются выражением:
λ = hc/Wз, (31)
где h – постоянная Планка, c – скорость света, Wз – ширина запрещённой зоны полупроводника. Согласно (31), цвет свечения определяется шириной запрещённой зоны полупроводника.
Кремниевые диоды излучают в инфракрасном, невидимом глазу диапазоне. Кремниевые светодиоды широко применяются, когда их работа не должна видимым светом мешать человеку, например, в пультах управления. Светодиоды на основе фосфида галлия производят красное свечение, на основе карбида
кремния – жёлтое и т.д. Решена проблема получения любого цвета свечения. В частности, три различных светодиода – красный, зелёный и синий решают эту проблему в пикселах светодиодных экранов.
Быстро развивается теория и практика гетеропереходов– p-n переходов с полупроводниками различного типа в p- и n-областях. Им свойственно особенно высокое разнообразие возможных электрических и светотехнических характеристик.
В значительной степени решена проблема высокого к.п.д. светодиодов, который достигает нескольких десятков процентов. Поэтому, а также благодаря исключительно высокой надёжности, светодиоды интенсивно вытесняют лампы накаливания и газонаполненные приборы в осветительной и сигнальной аппаратуре.
В фотодиодах внешний свет проникает в p-n переход и, если выполняется соотношение (31), вызывает в нём генерацию электронно-дырочных пар. Поскольку в переходе имеется собственное электрическое поле, ускоряющее для неосновных носителей, последние разводятся полем в противоположные стороны и, тем самым, увеличивают дрейфовую составляющую тока. Равновесие диффузионного и дрейфового токов нарушается и в режиме с замкнутой внешней цепью в ней появляется фототок. В режиме с разомкнутой внешней цепью на освещённом p-n переходе появляется фото-э.д.с., также возникающая в результате нарушения равновесного состояния. В обоих случаях фотодиод можно использовать для регистрации падающего на него света. В частности, кремниевый фотодиод помещают на управляемых внешним пультом электронных устройствах. Если в пульте применён
кремниевый светодиод, энергия квантов его света, согласно (2) и (31), достаточна для генерации электронно-дырочных пар.
Поскольку в освещаемом p-n переходе происходит преобразование световой энергии в электрическую, такие контакты используются в солнечных батареях. При идеально прозрачной атмосфере и в космосе мощность светового потока от Солнца на Земле достигает 1,4 кВт/м2.
Основные понятия и числовые характеристики надёжности
Основным понятием теории надёжности является «отказ». Наступление отказов является случайной функцией времени, в связи с чем теория надёжности в значительной степени базируется на теории вероятности.
Одной из главных числовых характеристик надёжности является интенсивность отказовλ: λ = n / Nt , (1)
где n – количество отказов при испытании или эксплуатации объектов; N – количество объектов; t – время испытания или эксплуатации. В качестве единицы времени используется не принятая в СИ секунда, а более естественная в данном случае единица – час. Для наиболее совершенных ИС λ может составлять 10-6 ч-1 и менее.
Первый отказ при испытании партии объектов может наступить очень быстро или, напротив, спустя очень большое время. Поэтому необходимо дождаться, по крайней мере, нескольких отказов (достовернойвыборки). При определении λ большой проблемой является необходимость наблюдения за отказами большого количества объектов в течение большого времени. Ускорению появления отказов помогает увеличение температуры (ускоренные испытания). Согласно закону Аррениуса, скорость всех физических и химических процессов экспоненциально, т.е. очень быстро растёт с увеличением температуры. Именно такие процессы, например, коррозия, приводят к отказам.
Наряду с
λ часто используется среднеевремянаработкинаотказtср:
tср = 1 / λ , (2)
а также вероятностьбезотказнойработызавремянаработкинаотказp:
p = e - λ/t , (3)
где t - заданное время наработки на отказ.
Для интенсивности отказов любого объекта характерна зависимость от времени вида рис. 1.
Рис. 1
Участок 1 соответствует первому времени испытания или эксплуатации. Повышенная λ в первые часы (дни, недели) работы связана с незамеченными при изготовлении неочевидными, так называемыми скрытымидефектами. Это могут быть, например, недостаточно качественные элементы или соединения ИС, погрешности изготовления ИС. Затем, когда все скрытые дефекты уже себя проявили, наступает
наиболее благоприятный и продолжительный период надёжной работы, участок 2. Однако любым объектам свойственны старение или износ, приводящие к увеличению числа отказов (участок 3).
Данная зависимость носит фундаментальный характер и распространяется на любые виды объектов.
В частности, она относится к человеку, которому свойственны частые заболевания (отказы организма) в детстве, наилучшее состояние здоровья в зрелом возрасте и нездоровья в старости.
Повышение надёжности ИС достигается тщательным выявлением скрытых дефектов. ИС с такими дефектами считаются браком и отбрасываются. Длительная надёжная работа ИС обеспечивается в основном, высококачественным корпусом, который защищает ИС от действия кислорода
ВАРИКАП
Варикап– диод, предназначенный для работы в режиме управляемой барьерной ёмкости Cб.
При обратном напряжении на p-n переходе ток в нём очень небольшой и, если есть переменная составляющая Nд, существует ёмкостная составляющая обратного тока Iобр. Ёмкостный обратный ток тем больше, чем больше Cб и выше частота переменной составляющей. Его величина может намного превосходить активную составляющую обратного тока. Поэтому p-n переход при обратном напряжении можно использовать, как ёмкостный элемент. При прямом напряжении это невозможно, т.к. в этом случае появляется на несколько порядков больший активный прямой ток.
Подставив (26) в (16) с учётом того, что при обратном напряжении к = к0 + Uобр, получим: Cб = [2εε0(к0 + Uобр)(Nа + Nд)/qNаNд]½ (28)
Из (28) следует, что барьерной емкостью можно управлять, изменяя обратное напряжение на p-n переходе. Таким образом, p-n диод при Uобр является элементом с ёмкостью Cб, которую можно изменять.
При изготовлении варикапа полупроводник, тип примесей и закон их распределения в областях выбираются так, чтобы зависимость Cб(Uобр) была более сильной. В общем случае эта зависимость описывается выражением
Cб = [2εε
0(к0 + Uобр)(Nа + Nд)/qNаNд]m (29) где m = 0,3…1.
Схема включения варикапа приведена на рис. 19. Здесь варикап
Рис. 19
включён как ёмкость последовательного колебательного контура. На него подаётся управляющее обратное напряжение Uупр. Изменяя это напряжение можно настраивать колебательный контур на необходимую резонансную частоту ω0 = (1/√LC).
Свето- и фото-диоды. Солнечные батареи Устройство свето-и фото-диодовв целом одинаково, рис. 21. Одна из
областей их p-n перехода очень тонкая, что позволяет возникающему в переходе свету излучаться в окружающее пространство (светодиод) или позволяет внешнему свету проникать в переход (фотодиод).
В светодиодах используется излучательная рекомбинация, при которой рекомбинация каждой p-n пары порождает квант световой энергии.
Рис. 21
Интенсивная рекомбинация и свечение возможны только при протекании в светодиоде прямого тока от внешнего источника.
Из (2) следует, что длина волны и цвет возникающего света определяются выражением:
λ = hc/Wз, (31)
где h – постоянная Планка, c – скорость света, Wз – ширина запрещённой зоны полупроводника. Согласно (31), цвет свечения определяется шириной запрещённой зоны полупроводника.
Кремниевые диоды излучают в инфракрасном, невидимом глазу диапазоне. Кремниевые светодиоды широко применяются, когда их работа не должна видимым светом мешать человеку, например, в пультах управления. Светодиоды на основе фосфида галлия производят красное свечение, на основе карбида
кремния – жёлтое и т.д. Решена проблема получения любого цвета свечения. В частности, три различных светодиода – красный, зелёный и синий решают эту проблему в пикселах светодиодных экранов.
Быстро развивается теория и практика гетеропереходов– p-n переходов с полупроводниками различного типа в p- и n-областях. Им свойственно особенно высокое разнообразие возможных электрических и светотехнических характеристик.
В значительной степени решена проблема высокого к.п.д. светодиодов, который достигает нескольких десятков процентов. Поэтому, а также благодаря исключительно высокой надёжности, светодиоды интенсивно вытесняют лампы накаливания и газонаполненные приборы в осветительной и сигнальной аппаратуре.
В фотодиодах внешний свет проникает в p-n переход и, если выполняется соотношение (31), вызывает в нём генерацию электронно-дырочных пар. Поскольку в переходе имеется собственное электрическое поле, ускоряющее для неосновных носителей, последние разводятся полем в противоположные стороны и, тем самым, увеличивают дрейфовую составляющую тока. Равновесие диффузионного и дрейфового токов нарушается и в режиме с замкнутой внешней цепью в ней появляется фототок. В режиме с разомкнутой внешней цепью на освещённом p-n переходе появляется фото-э.д.с., также возникающая в результате нарушения равновесного состояния. В обоих случаях фотодиод можно использовать для регистрации падающего на него света. В частности, кремниевый фотодиод помещают на управляемых внешним пультом электронных устройствах. Если в пульте применён
кремниевый светодиод, энергия квантов его света, согласно (2) и (31), достаточна для генерации электронно-дырочных пар.
Поскольку в освещаемом p-n переходе происходит преобразование световой энергии в электрическую, такие контакты используются в солнечных батареях. При идеально прозрачной атмосфере и в космосе мощность светового потока от Солнца на Земле достигает 1,4 кВт/м2.
29. Основные понятия и числовые характеристики надёжности.
Основные понятия и числовые характеристики надёжности
Основным понятием теории надёжности является «отказ». Наступление отказов является случайной функцией времени, в связи с чем теория надёжности в значительной степени базируется на теории вероятности.
Одной из главных числовых характеристик надёжности является интенсивность отказовλ: λ = n / Nt , (1)
где n – количество отказов при испытании или эксплуатации объектов; N – количество объектов; t – время испытания или эксплуатации. В качестве единицы времени используется не принятая в СИ секунда, а более естественная в данном случае единица – час. Для наиболее совершенных ИС λ может составлять 10-6 ч-1 и менее.
Первый отказ при испытании партии объектов может наступить очень быстро или, напротив, спустя очень большое время. Поэтому необходимо дождаться, по крайней мере, нескольких отказов (достовернойвыборки). При определении λ большой проблемой является необходимость наблюдения за отказами большого количества объектов в течение большого времени. Ускорению появления отказов помогает увеличение температуры (ускоренные испытания). Согласно закону Аррениуса, скорость всех физических и химических процессов экспоненциально, т.е. очень быстро растёт с увеличением температуры. Именно такие процессы, например, коррозия, приводят к отказам.
Наряду с
λ часто используется среднеевремянаработкинаотказtср:
tср = 1 / λ , (2)
а также вероятностьбезотказнойработызавремянаработкинаотказp:
p = e - λ/t , (3)
где t - заданное время наработки на отказ.
Для интенсивности отказов любого объекта характерна зависимость от времени вида рис. 1.
Рис. 1
Участок 1 соответствует первому времени испытания или эксплуатации. Повышенная λ в первые часы (дни, недели) работы связана с незамеченными при изготовлении неочевидными, так называемыми скрытымидефектами. Это могут быть, например, недостаточно качественные элементы или соединения ИС, погрешности изготовления ИС. Затем, когда все скрытые дефекты уже себя проявили, наступает
наиболее благоприятный и продолжительный период надёжной работы, участок 2. Однако любым объектам свойственны старение или износ, приводящие к увеличению числа отказов (участок 3).
Данная зависимость носит фундаментальный характер и распространяется на любые виды объектов.
В частности, она относится к человеку, которому свойственны частые заболевания (отказы организма) в детстве, наилучшее состояние здоровья в зрелом возрасте и нездоровья в старости.
Повышение надёжности ИС достигается тщательным выявлением скрытых дефектов. ИС с такими дефектами считаются браком и отбрасываются. Длительная надёжная работа ИС обеспечивается в основном, высококачественным корпусом, который защищает ИС от действия кислорода
