Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем, страница 2

Модельным аналогом барьерной емкости может служить емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются р- и л-области, а диэлектриком служит р-л-переход, практически не имеющий подвижных зарядов. Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад; изменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины. Диффузионная емкость. Изменение величины объемного заряда неравновесных электронов и дырок, вызванное изменением прямого напряжения, можно рассматривать как следствие наличия так называемой диффузионной емкости, которая включена параллельно барьерной емкости. Диффузионная емкость Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад. Поэтому при прямом напряжении емкость р-л-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а прн обратном напряжении — барьерной емкостью.

Схема замещения полупроводникового диода изображена на рнс. 1.4. Здесь С, — общая емкость диода, зависящая от режима; йк — сопротивление перехода, значение которого определяют с помоцбью статической ВАХ диода (й, = (бб1»; 㻠— распределенное электрическое сопротивление базы диода, его электродов н выводов. Иногда схему замещения дополняют емкостью между выводами лиона С„емкостями С,„и С „(показаны пунктиром) и индуктнвностью выводов 1 .

й 1.2. ТИПЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц — 100 кГц. Основные параметры вьшрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации). Среднее прямое иалрямсеиие (1 — среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока. Срн)ний обрбалный ток 1, — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении.

Максимальна аолустимое обратное лалрязкение (б,,р ((1„в„,) — наибольшее постоянное (или импулъсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно н надежно работать. Максимазьио далуслибмый выпрямленный так 1в„ средний за период ток через диод (постоянбря составляющая), прн котором обеспечнваегся его надежная длительная работа. Превьппенне максимально допустимых величин (б,-р„„,, 1„„,„„велет к резкому сокрашению срока службы ндн пробою диода. Максималькал часиюта Уы,„— наибольшаЯ частота подводчмого напряженна, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины. Высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды применяют для выпрямлении токов, модуляции и детектирования сигналов с частотами до нескольких сотен мегагерц.

Иъшульсные диоды используют в качестве ключевых элементов в устройствах с микросекундной и наносекундной длительностью импульсов. Максимально допугляимые обратные напряжения Сг,вр ((,г,ер „,„) — постоянные (нмпульсные) обратные напряжения„ превышение которых резко сокращает долговечность диода илн приводит к его немедленному повреждению. Постоянное прямое напряжение (l,р — падение напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока 1 „заданного ГОСТом или ТУ.

Постоянный обратный гпок 1,е — ток через диод при постоянном обратном напряжении на нем; измеряется, как правило, при максимальном обратном напряжении (/,др . Чем меньше 1„, тем качественнее диод. Емкость диода ф— емкость между выводами при заданном напряжении. При увеличении обратного напряжения (по модулю) емкость С„уменьшается. При коротких импульсах необходимо учитывать инерционность процессов включения и выхлючения диода. Время восстановления обратного сопротивления г, — интервал времени от момента переключения до момента, когда обратный ток уменьшается до заданного уровня отсчета 1 Если на диод, через который протекал прямой ток, подать обратное напряжение, то диод закроется не мгновенно; возникает импульс обратного тока, превьшиющий его установив-шееся значение.

Этот импульс обусловлен рассасыванием накопленного в базе диода заряда переключения Д . Приближенно «льк гьк1абрн Там, гле требуется малое время переключения, используют диоды Шатки. Они имеют переход металл — полупроводник„ который обладает выцрямительным эффектом. Накопление заряда в переходе этого типа выражено слабо. Поэтому время переключения может быть уменьшено до значешгй порядка 100 пс. Другой особенностью этих диодов является малое (по сравнению с обычными крем1лр ниевыми диодами) прямое напряжение, составлягощее около 0,3 В. гг1 .

а„р Стабилитроныпредггр с«игл назначены для стабилизации «т напряжения на нагрузке при изменении питающего «тат лил г гг 1 =р га напряжения или сопротивле- ния нагрузки, для фиксации ррр уровня напряженна и т. д. Рис. 1.5 Для стабилитронов рабо- 10 чнм является участок пробоя ВАХ в области обратных напряжений (рис.

1.5). На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока диода. Стабилнтрон характеризуется следующими параметрами: напряжение спюбилизации 11 — напряжение на стабилнтроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации); ,нинимальный ток стабилизации 1 н — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив; .иаксимально допустимый гиок стабилизации 1 , — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы. Дифференциальное сопротивление г — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: г = ЬУ„/М . К .параметрам сгабилитроиов также относят максимально допустимый прямой ток 1, максимально допусгпимый импульсный ток 1 „., максил«ально допустимую рассеиваемую магцность Р м.

~ В а р и к а п — полупроводниковый диод, предназначенный для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону С,=С,(р,1йр„+ и)«г", (1.10) где Со — емкость диода; Ср — емкость диода при нулевом обратном напряжении; «р„— контактная разность потенциалов; и — коэффициент, зависящий от типа варикапа (п = 2+3). Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором. К основным параметрам варикапа относят коэффициенгп переЧгытия по емкости г«с — отношение емкостей варикапа при двух крайних значениях обратного напряжения; добротность (д — отношение реактивного сопротивления на заданной частоте сигнала к сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении; обратныи пюк варикапа 1,г — постоянный ток, протекающий через варихап в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

К параметрам предельного режима относят максимальна допустимое паспюянное обрат««ов напряжение У,ьр, и лщксимальпо допуспаги«ую рассеиваемую магцпасть Р Туннель ный диод имеет ВАХ (рис.!.б,а), которая содержит участок с отрицательным лифференциальным сопротивлением (отношением приращения напряжения к приращению тока). Это позволяет использовать такой диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в импульсных 1»р терь туннельного диода й„— суммарное сопротивление кристалла, контактных присоединений и выволов.

К максимально допустимым параметрам относят максимально допустимый постоянный прямой птк туппг зьпого диода 1„р,„, макси.пальни допустимый прямой импульсный так 1„„„„, максимально допустимый постоянный обратный ток 1 л ~р щт максимально допустимую мощность СВЧ Ров.„„„„, ра ссеиваемую диодом. Рис. 1.Е устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна «палающего» участка ВАХ. Частотные свойства диода, работающего при малых уровнях сигнала на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис.

1.б,б). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак вплоть до частоты ь - ~7",~А:цг,сз. Усиление и генерирование колебаний возможно на частотах, не пРевышающих 1'я. Основные параметры туннельного диода следующие: пиковый пюк 1„— прямой ток в точхе максимума ВАХ, при котором Н/НУ = 0; ток впадины 1, — прямой ток в точке минимума его характеристики, при котором д1й((1 = 0; ответ«ение токов 1»/1„пап ряззсепие пика б' — прямое напряжение, соответствующее току пика; папрязкепие впадины 11, — прямое напряжение, соответствующее току впадины; напряжение раствора (1р — 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; дифференциальное сопротивление г — величина, обратная крутизне ВАХ; резонансная часттпа туннельного диодаге — расчетная частота, при ко~арой общее реактивное сопротивление р-и-перехода и инлуктивносгн корпуса туннельного диода обращается в нуль; предельная резистивпая частота 1п — РасчетнаЯ частота, пРи котоРой активнаЯ составляющая гюлного сопротивления последовательной цепи, состоящей нз р-п-перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль; иумоеая постоянная туннельного диода К вЂ” величина, определяющая коэффициент шума диода; сопротивление по- 12 ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 1Л.

Имеется сплавной германиевый р-п-переход с концен:- трацией Агл = 10»Аг„причем на каждые 10з атомов германия приходится один атом акцепторной примеси. Определить контактную разность потенциалов при температуре Т ЗОВ К (концентрации атомов Ж и ионизованных атомов л, принять равными 4,4 10зз и 2,5 10'з см з соответственно), Решение Определим концентрацию акцепторных атомов: 19 Ж/10в 44, 10зз!10в 44-10зл см-з (АГ = 4,4 10з* см — концентрация атомов германия).