Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987), страница 2

Емкости диода. Принято говорить об общей емкости диода С„, измеренной между выводами диода при заданных напряжении смешения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости Се, диффузионной емкости С, е и емкости корпуса прибора С„. Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомленсированным объемным зарядом, сосрелоточенным по обе стороны от границы р-л-перехода. Барьерная емкость равна отношению црнрашения заряда на р-и-перехоле к вызвавшему его прнрашензпо напряжения: ИД ее%, С.= — =П (1.8) Л7 2(<р, + 11) где е — диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала; П вЂ” площадь р-л-перехода Из формулы (1.8) следует, что барьерная емкость зависит от площади перехода П, напряжения на переходе У, а также от концентрации примесей. Модельным аналогом барьерной емкости может служить емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются р- и л-области, а диэлектриком служит р-и-переход, практически не имеющий подвижных зарядов.

Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад„.нзменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины. Диф4узиокяая емкость. Изменение величины объемного заь ряда неравновеснь1х электронов и дырок, вызванное изменением прямого напряжения, можно рассматривать как следствие наличия так называемой диффузионной емкости, которая включена параллельно барьерной емкости. 1 ! Диффузионная емкость С,В Ф вЂ” 1,гт, (1.9) где т — время жизни Носи- телей заряда; 1„р — прямой ток. Значения дифФузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад.

Поэтому при прямом напряжении емкость р-н-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении — барьерной емкостью. Схема замещения полупроводникового днода изображена па рис. 1.4. Здесь С, — общая емкость диода, зависящая от режима; й„— сопротивление перехода, значение которого определяют с помощью статической ВАХ диода (й„= С/1); ге — распределенное электрическое сопротивление базы диода, его электродов н выводов. Иногда схему замещения дополняют емкостью между выводами диода С„емкостями С,„и С „(показаны пунктиром) и индуктивностью вьпюдов 1, $ 12. ТИПЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Выпрямительные диоды используют для выпрямленна переменных токов частотой э0 Гц — 100 кГц.

Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации). Среднее прямое напряжение 1),в, — среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока. Средний обратный ьнок 1;, — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении. Максимально долусьнимое обратное напряжение С,ье, (11 -р „) — наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, прн котором диод может длительно и надежно работать. Максимально донуснимый выпрямленный нюк 1, средний за период ток через диод (постоянндя составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа Превьппенне максимально допустимых величин 11,е 11,ер„, 1,р ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода.

Максимальная часнзогяа 1' „— наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины. Высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды применяют для выпрямления токов, модуляции и детектирования сигналов с частотами до нескольких со~си мегагерц. Импульсные диоды используют в качестве ключевых элементов в устройствах с микросекундной и наносекундной длительностью импульсов. Максимально допуспиемые обратные напряжения У,я„ (У„в „) — постоянные (нмпульсные) обратные напряжения, превышение которых ршко сокращает долговечность диода или приводит к его немедленному повреждению. Постоянное прямое напряжение 11„, — падение напряжения на диоде прн протекании через него постоянного прямого тока 1„заданного ГОСТом илн ТУ.

Постоянный обрапвпый пнж 1,г — ток черю диод при постоянном обратном напряжении на нем; измеряется, как правило, при максимальном обратном напряжении У,ет . Чем меньше 1,вр, тем качественнее диол. Емкость диода С, — емкость между выводами при заданном напряжении. При увеличении обратного напряжения (по модулю) емкость С, уменьшается. При коротких импульсах необходимо учитывать инерционносп процессов включении и выключения диода Время восспыновления обратного сопгкппивления г, — интервал времени от момента переключения до момента, когда обратный ток уменьшается до заданного уровня отсчета 1 Если на диод„черш которыя протекал прямой ток, подать обратное напряжение, то диод закроется не мгновенно; возникает импульс обратного тока, превышающий его установившееся значение.

Зтот импульс обусловлен рассасыванием накопленного в базе диода заряда переключения Д . Приближенно Ювк м гнк)абв. н Там, где требуется малое врема переключения, используют диоды. Шотки. Они имеют переход металл — полупроводник, который обладает выпрямительным эффектом. Накопление заряда в переходе этого типа выражено слабо.

Поэтому время переключения может быть уменьшено до значений порядка 100 пс. Другой особенностью этих диодов является малое (по сравнению с обычными кремниевыми диодами) прямое напряжение, составляющее около 0,3 В. Стабилитроныпредназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего го напряжения или сопротивлег вг ния нагрузки, для фиксации уровня напряжения и т. д. Рнс 1.5 Для стабилитронов рабо- чвм является участок пробоя ВАХ в области обратных напряжений (рис. 1.5).

На этом участке напряжение на диоде остается практически постояннычв при изменении тока диода Стабнлитрон характеризуется следующими параметрами: напряжение сгиабилизации У вЂ” напряжение на стабилнтроне в рабочем режиме (прн заданном токе стабилизации)„ мииимальпьш ток стабилизаь1ии 1 . — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив; максимально допустимый ток спшбилизаиии 1 — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев сгабилитронов не выходит за допустимьче пределы. Дифференциальное сопротивление г — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: г =И~ /Ы .

К параметрам стабилнтронов также относят максимально допустимый прямой ток 1, максимально допустимый импульсный ток 1 „, максимально допустимую рассеиваемую мощность Р В а р н к а п — полупроводниковый диод, предназначенный для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону где Си — емкость диода; С вЂ” емкость диода прн нулевом обратном напряжении; ср„— контактная разность потенциалов; я — коэффициент, зависящий от типа варикапа (п = 2+3). Варикял, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.

К основным параметрам варикапа относят козффииивпт пврекрыпшя по емкости кс — отношение емкостей вврпхапа при двух крайних значениях обратного напряжения; добротность Д вЂ” отношение реактивного сопротивления на заданной частоте сигнала к сопротивлению потерь прн заданной емкости нлн обратном напряжении; обратный пюк варикапа 1,„— постоянный ток, протеканхций через варикап в обратном направлении при заданном обратном напряжении. К параметрам предельного режима относят максимально допустимое поспюяпное обратное напрямсвиие Увчр „и максимально допустимую рассеиваемую мощность Р Туннельный диод имеет ВАХ(рис.

1.б,а), которая содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношением приращения напряжения к приращению тока). Зто позволяет использовать такой диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в импульсных а/ устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна впадающего» участка ВАХ Частотные свойства диода, работающего при малых уровнях сигнала на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис 1.б,бь Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак вплоть до частоты /к Я~/К вЂ” 1Я2ягл,ЬСьг.

(1.1В Ъ'сидение и генерирование колебаний возможно на частотах, не превьппающих /'к. Основные параметры туннельного диода следующие: лаковый ток 1„— прямой ток в точке максимума ВАХ, при котором Ы/Лl О; нюк впадины 1, — прямой ток в точке минимума его характеристики, при котором И/а11 = О; отношение таков 1„/1,; напряжение ника ӄ— прямое напряжение, соответствующее току пика„налряженив впадины С7, — прямое напряжение, соответствующее току впадины; напряжение раствора Ур — прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому; индуктивность 1 — полная последовательная индуктивность диода при заданных условиях; удельная емкость С„/1„— отношение емкости туннельного диода к пиковому току; дифференииалъпов сопротивление г Ь вЂ” величина, обратная крутизне ВАХ; резонансная частота туннельного диода /'ь — расчетная частота, при которой общее реактивное сопротивление р-н-перехода и инлуктнвности корпуса туннельного диода обращается в нуль; предельная резистивная частота /к — расчетная частота, при которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из р-н-перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль; ш умовая настоянная туннельного диода К,„— величина, определяющая коэффициент шума диода; сощютивленив по- мерь туннельного диода ʄ— суммарное сопротивление кристалла, контактных присоединений и выводов.

К максимально допустимым параметрам относят максимально донустимый постоянный ирямой июк туннельного диода максимально донусошмый прямой импульсный ток ( „, максимально допустимый постоянный обратный ток 1, „, максимально допУстимУю мощность СВЧ Рсвч, Рассейваемую диодом. ПРИМВРЫ И ЗАДАЧИ 1.1. Имеется сплавной германиевый р-и-переход с концен:- трацией Агл = 10 д/„причем на каждые 10' атомов германия приходится один атом акцепторной примеси. Определить контактную разность потенциалов при температуре Т=ЗООК (концентрации атомов Ф и ионизоваиных атомов и, принять равными 4,4 10'г и 2,5 10'з см г соответственно).