- •1.1 Полупроводник, виды проводимости в полупроводнике, рекомбинация в полупроводнике.
- •1.2 Образование p–n перехода, его свойства, вольтамперная характеристика.
- •2 Полупроводниковые диоды.
- •2.2 Выпрямительный диод
- •2.3 Высокочастотный диод
- •2.4 Импульсный диод
- •2.5 Стабилитрон
- •2.6 Стабистор
- •2.7 Варикап
- •3. Транзисторы
- •3.1 Типы транзисторов, классификация, маркировка транзисторов
- •3.2 Биполярные транзисторы
- •3.2.2 Схемы включения биполярного транзистора
- •3.2.3 Вольтамперные характеристики биполярного транзистора.
- •3.2.5 Коэффициенты усиления биполярного транзистора.
- •Параметры биполярного транзистора.
- •3.2.8 Составной биполярный транзистор.
- •3.3 Полевой транзистор.
- •3.3.1. Понятие, элементы и типы полевых транзисторов.
- •3.3.3 Условные обозначения и схемы включения полевых транзисторов.
2.6 Стабистор
Минимальное напряжение стабилизации стабилитронов составляет единицы вольт. Однако в ряде случаев необходимо осуществить стабилизацию напряжения величиной меньше одного вольта, или повысить напряжение стабилизации путем последовательно – согласного включения стабилитронов на доли вольт. Эти задачи успешно решаются с помощью стабистора.
Стабистор – полупроводниковый диод, предназначенный для построения стабилизаторов напряжения и тока, работающий в режиме прямого включения и имеющий более крутую В.А.Х., чем у выпрямительного диода с величиной падения напряжения меньше одного вольта.
Графическое обозначение стабистора такое же, как у стабилитрона (рисунок 2.6,а), но рабочий режим имеет место при прямом включении. От стабилитрона стабистор отличается маркировкой, в которой отображена величина напряжения стабилизации. Так стабистор КС107 имеет следующие параметры:
Uст. = 0,7 В
Iст. = 10 мА (при Uст. = 0,7 В)
Iст. min = 1 мА
Iст. max = 100 мА
2.7 Варикап
Варикапами называются полупроводниковые диоды, у которых используется барьерная ёмкость закрытого (запертого) p–n перехода, зависящая от величины приложенного к диоду обратного напряжения.
Емкость обычного конденсатора и барьерная ёмкость p–n перехода определяется по формуле:
,
где
ε – относительная диэлектрическая проницаемость запирающего слоя p–n перехода;
S – площадь p–n перехода;
d – толщина запирающего слоя p–n перехода.
При изменении обратного напряжения в p–n переходе увеличивается толщина запирающего слоя (d), что ведёт к уменьшению барьерной ёмкости. На рисунке 2.10,а показано условное графическое обозначение варикапа с полярностью рабочего напряжения. Зависимость барьерной ёмкости от величины приложенного напряжения показана на рисунке 2.10,б.
Рисунок 2.10 – Условное обозначение варикапа (а) и зависимость
его барьерной ёмкости от величины обратного напряжения
Основными параметрами варикапа являются следующие:
Св [nФ] – ёмкость варикапа при заданном обратном напряжении Uобр.[B];
Uобр.max.[B] – максимальное обратное напряжение;
Iобр [mкA] – обратный ток при Uобр.max.;
Рв [Вт] – рассеиваемая мощность при Uобр.max.;
Кс – коэффициент перекрытия по ёмкости, равный отношению максимального значения ёмкости к минимальному при соответствующих значениях напряжений:
;
Qв – добротность варикапа на заданной частоте:
,
где – сопротивление барьерной ёмкости варикапа,
– омическое сопротивление варикапа при постоянном Uобр.;
В таблице приведены параметры для варикапа типа КВ 122В:
Таблица – Параметры для варикапа типа КВ 122В
Наиболее широко варикапы применяются для электронной настройки резонансных контуров. Для этого варикап включается в резонансный контур последовательно или параллельно основному конденсатору контура и на него (варикап) подаётся регулируемое обратное напряжение. Это приводит к изменению эквивалентной ёмкости контура, а, значит, к изменению его резонансной частоты. Из-за небольшой величины ёмкости варикапа его можно применять на достаточно высоких частотах – начиная с УКВ диапазона и выше. На рисунке 2.11 показаны схемы применения варикапов для настройки контуров.
Рисунок 2.11 – Схемы применения варикапов
2.8 Туннельный диод.
Туннельным диодом называется полупроводниковый диод, в котором используется туннельный механизм переноса носителей заряда через p–n переход и у которого в В.А.Х. имеется область отрицательного дифференциального сопротивления.
В 1958 г. японским ученым Лео Есаки было обнаружено, что n–p структуры, имеющие большую концентрацию примесей (в 102÷103 раза больше чем в обычном n–p структуре), обладают следующими аномальными свойствами:
1) В отличие от обычных диодов они хорошо проводят ток не только в прямом, но и в обратном направлении.
2) При прямом включении на вольтамперной характеристике имеется участок с отрицательным сопротивлением (падающий участок а–б, рисунок 2.12,б).
Аномальные свойства таких диодов вызваны, как было установлено, туннельным эффектом. Поэтому такие диоды получили название туннельных.
Туннельный эффект состоит в следующем: частицы, имеющие энергию, недостаточную для прохождения потенциального барьера, могут все же пройти через него, если с другой стороны барьера имеется такой же свободный энергетический уровень, какой занимала частица перед барьером.
В квантовой механике показано, что вероятность туннельного перехода тем выше, чем уже потенциальный барьер и чем меньше его высота.
Туннельный переход совершается электронами без затраты энергии. В обычных диодах толщина электронно-дырочного перехода велика и вероятность туннельного перехода мала. В туннельных диодах из-за высокой концентрации примесей толщина перехода составляет около 0,01 мкм, т. е. барьер является очень узким. В этих условиях вероятность туннельного перехода оказывается очень высокой, что и приводит к появлению падающего участка в В.А.Х. туннельного диода.
На рисунке 2.12,а показано условное обозначение туннельного диода и полярность его рабочего включения.
Рисунок 2.12 – Условное обозначение и вольтамперная характеристика
туннельного диода
Туннельные диоды изготавливают из германия и арсенида галлия. На рисунке 2.12,б представлена типовая вольтамперная характеристика туннельного диода, с помощью которой рассмотрим следующие параметры туннельного диода:
Iп – пиковый ток, это ток в точке максимума В.А.Х.;
Uп – напряжение пика, это прямое напряжение, соответствующее пиковому току;
Iв – ток впадины, это прямой ток точке минимума В.А.Х. диода;
Uв – напряжение впадины, это прямое напряжение, соответствующее току впадины;
Uрр – напряжение раствора, это прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому (точка “в” рисунок 2.12,б).