Лекция 4

Лекция 4

Варикапы.

Это электрически перестраиваемая емкость на основе обратносмещённого p-n-перехода. Варикапы предназначены для использования в качестве конденсатора, емкость которого зависит от величины обратного напряжения.

, где С₀ – емкость при напряжении равном нулю, U – напряжение на емкости, φ_к – контактная разность потенциалов, ν – равна 1/2 - 1/3 (в зависимости от способа изготовления

Основные параметры варикапа:

1) Ёмкость при определённом обратном напряжении.(С_в ,U=5в)

2) Коэффициент перекрытия: К_п = С_{в max}/C_{в min}. (5 – 8)

3) Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) равен ΔC/СΔT,

ТКЕ = (ΔC/СΔT)100%.

4) Добротность. Q=X_cв/r_п; где Х_св - реактивное сопротивление варикапа, r_п- сопротивление активных потерь.

Схема включения варикапа.

Варикапы обычно используются для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров.

Сопротивление служит для задания напряжения управляющего С_к. С_сб>>C_к устраняет шунтирование варикапа катушкой L_k по постоянному току.

L_бл устраняет шунтирование колебательного контура резистором по переменному сигналу. C_бл ,L_бл – вспомогательные элементы,C_к,L_к – основные.

Стабилитроны и стабисторы.

Приборы, на основе p-n-перехода, предназначенные для стабилизации напряжения. Стабилитрон – полупроводник диод, ВАХ который имеет участок малой зависимости приложенного напряжения от тока, протекающего через него. Такой участок лежит на обратной ветви ВАХ и возникает в результате пробоя диода.

Основные параметры:

1. U_{стаб.номин.}

2. ΔU_стаб.- разброс напряжения стабилизации.

3. J_{ст.номин.}

4,5. J_ст.min , J_ст.max

6. Дифференциальное сопротивление стабилизатора на рабочем участке Rg=(ΔU/ΔJ)/J=J_{ст номин}

7. (Т.К.Н.) Температурный коэффициент напряжения.

Параметрический стабилизатор напряжения.

R_н - сопротивление нагрузки.

R_огр - ограничивающее сопротивление.

VD - стабилитрон.

Обеспечивает постоянное напряжение на выходе при уменьшении напряжения на входе или на нагрузке.

U_вых=U_вх-I₀R_огр

Пусть входное напряжение возросло, тогда возрастет ток J₀.При возрастании J₀ возрастет только ток J_VD, благодаря чему напряжение на нагрузке остаётся постоянным.

Порядок расчёта параметрического стабилизатора:

Задано входное напряжение и возможное изменение тока через нагрузку ΔJ_н.

Выбор стабилитрона:

U_вых=U_{ст. ном}

ΔJ_н≤J_{ст. ном}

Расчёт:

R_огр = (U_вых-U_{ст. ном})/J_{ст. ном}

Большинство стабилитронов имеют положительный Т.К.Н., причём его величина довольно большая. Для уменьшения Т.К.Н., применяют термокомпенсированные стабилитроны.

TКH(VD)_ст>0,

ТКН(VD)_диода =-0,23В/г.

Стабилитроны, предназначенные для стабилизации двухполярного напряжения, называются двуханодые стабилитроны.

Если в одном корпусе:

Cтабисторы.

Стабистор предназначен для стабилизации напряжения и представляет собой диод, смещённый в прямом напряжении.

Остальные параметры стабисторов аналогичны параметрам стабилитронов. Стабисторы имеют U_{ст ном}>3,2В. Стабисторы используются для получения стабируемых напряжений <3,2В.

Туннельный и обращенный диоды.

На границе сильнолегированных p-n областей имеет место туннельный эффект. Он проявляется в том, что на прямой ветви ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением. Обратная ветвь такого диода практически отсутствует, то есть при малых обратных напряжениях начинается туннельный пробой, а отсюда резкое возрастание обратного тока.

(рис.1) (рис. 2)

На (рис.1) ВАХ обычного диода, а на (рис.2) – ВАХ диода с концентрацией примесей 10²¹.

Участок с отрицательным сопротивлением позволяет использовать туннельные диоды для усиления и генерации электрических сигналов.

Генератор гармонических колебаний на туннельном диоде.

R₁, R₂ – резистивный делитель, задающий рабочую точку на участке с отрицательным сопротивлением.

L_k, C_k – колебательный контур.

С_бл - емкость блокировочная, по переменной составляющей она подключает туннельный диод параллельно к колебательному контуру.

Туннельный диод, включен параллельно колебательному контуру и обладает отрицательным сопротивлением, это сопротивление компенсирует положительное сопротивление потерь контура, в результате чего сопротивление потерь контура обращается в ноль, а колебания получаются гармоническими, незатухающими.

Обращенные диоды.

Обращенные диоды являются разновидностью туннельных. В них концентрация (N) примеси несколько меньше, чем в туннельных. За счет этого отсутствует участок с отрицательным сопротивлением.

Обратная ветвь таких диодов является проводящей электрический ток за счет туннельного пробоя. Обращенные диоды применяются для выпрямления переменных сигналов небольшой амплитуды до 0,3в.

ВАХ:

Маркировка полупроводниковых диодов.

Маркировка состоит из шести элементов:

К Д 2 1 7 А или К С 1 9 1 Е

^{1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6}

1 - Буква или цифра, указывающая вид материала, из которого изготовлен диод:

1 или Г – Ge (германий),

2 или К – Si (кремний),

3 или А – GeAs.

2 - Буква, указывающая тип диода по его функциональному назначению:

Д – диод,

С – стабилитрон, стабистор,

В – варикап,

И – туннельный диод.

3,4,5 – Цифры, указывающие назначение и электрические свойства диодов.

6 - Буква, указывающая деление диодов по параметрическим группам.

Транзисторы.

Транзисторы – это полупроводниковые приборы с тремя и более выходами, предназначенные для усиления и генерации электрических сигналов.

Транзисторы имеют три вывода: выходной, общий и входной для подачи управляющего сигнала.

Выходной сигнал – выходной ток. В зависимости от способа управления им транзисторы делятся на две группы:

1) Токовые транзисторы: I_вых = kI_вх

В таких транзисторах используются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Управление движением зарядов в этих транзисторах осуществляется током. Поэтому их также называют биполярными.

2) Полевые транзисторы: I_вых = SU_вх

С помощью U_вх в объеме транзистора создается управляющее электрическое поле. В образовании выходного тока в таких транзисторах принимают участие или электроны, или дырки, поэтому их иногда называют униполярными.

Биполярные транзисторы.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя близко расположенными, а потому взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами.

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с тремя областями разной проводимости (рис.27).

В зависимости от чередования этих областей, различают два типа биполярных транзисторов: n-p-n и p-n-p.

По технологии изготовления различают сплавные и планарные транзисторы.

1) Сплавной транзистор.

W – толщина области базы (≈0,1 – 10мм), S_ЭП<<S_КП.

2) Планарный транзистор (метод диффузии).

Принцип работы биполярного транзистора и соотношение для его токов.

Физическая модель биполярного транзистора и схема его включения в активном режиме:

Эмиттер – выполнен из сильно легированного полупроводника и является инжектором носителей заряда для области базы.

База слабо легирована примесями. Ширина базы много меньше диффузионной длины. W<<l_n

Коллектор сильно легирован примесями и предназначен для экстракции (поглощения) носителей зарядов, инжектируемых эмиттером.

При работе в активном режиме полярности источников напряжения U_ЭБ, U_КБ выбираются так, что ЭП смещен в прямом, а КП – в обратном направлении.

Поскольку база имеет малую концентрацию примесей по сравнению с соседними областями, то ЭП и КП располагаются в ее области.

При смещении ЭП в прямом направлении происходит ввод основных носителей заряда в базу, где они становятся не основными (инжекция). В базе введенные заряды первоначально группируются вблизи ЭП. А затем за счет диффузии или дрейфа начинают двигаться к КП. Достигнув его, неосновные носители попадают в сильное электрическое поле и переносятся им в область коллектора, где снова становятся основными носителями заряда (экстракция). Для компенсации зарядов, направляющихся в области коллектора, возникает коллекторный ток во внешней цепи. Часть зарядов области базы не достигает КП, рекомбинируя с основными носителями области базы, это создает ток базы.

Основные соотношения токов в транзисторе.

1. I_э= I_к + I_б

2. I_б= αI_э + I_ko, где α – коэффициент передачи тока эмиттера

(α=I_k/I_э)(0,9-0,999), αI_э – неосновные носители заряда, инжектируемые эмиттером (управляема составляющая), I_ko- собственный тепловой ток КП (неупрвляемая составляющая, зависит от окружающей среды).

3. I_б= I_э - I_к=(1-α_s)I_э - I_ko, если I_э=0, то I_б= -I_k0