Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники, страница 14

4.11. Зависимость затухания от частоты иля Фильтра нижних частот типа е Зависимость затухания от частоты для фильтра нижних частот типа Й показана на рис. 4.11. Зависимость характеристического сопротивления от частоты. Зависимость от частоты характеристического сопротивления фильтра нижних частот можно найти нз выражений (4,35) н (4.36). Для Т-образных фильтров 2 =Т(~~71-ТЙ ) Для П-образного фильтра уе(с (4.43) У1 — 0'11' 1' Изменение характеристического сопротивления от частоты показано на рис. 4.12 для фильтров типа й. 4.8. ФИЛЬТРЫ ТИПА аз Взяв за основу фильтр типа й, можно построить новый фильтр типа и. Фильтр типа й в этом случае называют прототиполь На рис.

4.13 показаны варианты Т- и П-образных звеньев фильтров типа пт. Фильтры типа т имеют одинаковые с прототипами граничные частоты и характеристические сопротивления. Коэффициент зп выбирается равным ог 0 до 1, чаще всего берут щ=0,6. Из рис. 4.14 видно, что при этом значении бч получается наибольшая равномерность характеристического сопротивления в полосе пропускания. Значение коэффициента лт определяет частоту, соответствующую бесконечному затуханию. Например, в схемах, показанных на рис. 4.13, в н г, бесконечное затухание соответствует частоте 1)11,.

г (4.44)' Прн т=0,6 частота 1, =1,251;в. ггтс,Л тл,/т г,> ву Рис. 4,13. Т- и П-образные звенья фильтров типа ли в Т-звено, б — П-авено; а — Т-звено фильтра нижнит часты; е — П-авено фильтра ниж. ввз частот 4тй ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ фб 34 г,б Гз=лУГ.С л)п(, „, (4мб) где л — число звеньев фильтра; Е и С вЂ” индуктивность и емкость одного звена нльтра. омимо компактности искусственные линии задержки имеют еще одно преимущество по сравнению с естественными: возможность получения больших аначений характеристического сопротивления 8, 71./С. Это позволяет легко согласовывать ливию задержки с усилительными приборами: электронными лам. панн, транзисторами, туннельиыми днодамн, тогда как обычный коаксиальиый кабель имеет сравнйтельно небольшое волновое сопротивление, равное чаще всего 30 или 73 Ом. гб б ''бг дь гб бб з Рис.

4.14. Зависимость входного характеристического сопротивления от частоты для П-образного полузвена фильтра типа ль Для временнбй задержки импульсов можно использовать отрезок длинной линии. С помощью коаксвального кабеля можно по. лучить задержку, пропорциональную длине кабеля. Например, для аадержки импульса на ! мкс требуется кабель с воздушным диэлектриком длиной 300 м. При использовании кабеля, заполненного диэлектриком, необходима длина, в )е раз меньшая (е — относи.

тельная диэлектрическая проницаемость диэлектрика). Уменьшить габаритные размеры устройств для временнбй задержки импульсов позволяют так называемые искусственные линии за. держка, в качестве которых часто используют многозвеиные фильтры нижних частот. Фильтр нижних частот задерживает импульс на время Однако искусственная линия имеет ограниченную полосу пропускаиия и начительно удлиняет фронт импульса. Например, при подаче на вход линии задержки скачка постоянного напряжения время нарастания выходного напра. жения от уровня О,! до уровня 0,9 стационарного значения равно 1. 1!)Ул Р'г.С Некоторое расширение полосы пропускання линии задержки, а следовательно, и уменьшение времени нарастания можно получить, введя индунтивиую связь между соседними звеньями линии.

Прв этом габарйтные размеры линии задержки уменьшаются, так как катушки располагаются ближе друг к другу. Глава 5 БИПОДЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ б,1. ЗЛЕКТРОИИАЯ И ДЫРОЧИАЯ ПРОВОДИМОСТИ Известно, что все вещества по их способности проводить электрический ток можно разделить на проводники, полупроводники и изоляторы. Хорошими проводниками являются металлы благодаря тому, что электроны внешних оболочек их атомов могут свободно перемешаться внутри металла, образуя так называемый «электронный газ».

Число «свободных» электронов, называемых электронами проводимости,в единице объема металла составляет и= 10'ээл/смз. У изоляторов концентрация свободных электронов очень мала !и=.10 ' эл/см'), в полупроводниках она сильно зависит от температуры. Для изготовления полупроводниковых приборов наиболее широка применяются германий, кремний, а также арсенид галлия. Интересно отметить, что еще до открытия германия Д. И. Менделеев предсказал его свойства и поместил в периодической системе под именем экасилиция, т. е. идущего вслед за силицием (кремнием). Кремний имеет атомный номер !4, а германий — 32. Крем.

ний н германий относятся к !Ъ' группе периодической системы Менделеева, Они имеют такое же кристаллическое строение, как и алмаз. Кристаллическая решетка кремния и германия имеет объемную структуру, но ради наглядности ее можно изобразить плоской„ как это сделано на рис.

5.1. Большими кружками показаны ноны кремния или германия. Ядра атомов вместе с электронами на внутренних оболочках обладают положительным зарядом +4, ко. торый уравновешивается отрицательными зарядами четырех электронов на внешней оболочке. Внешние электроны показаны маленькими кружками. Вместе с электронами соседних атомов опи образуют ковалентные связи, показанные линиями на кристалли- Рнс.

5Л. Кристаллическая рсшсг- ка кремния н германия в плос- костном изображении Рнс. бтд Движение свободного злснтрона н дырки в полупроводннне. Сплошная линия показывает данжо. нне алентрона, а штриховая — двнжение дырка аким чектория , что ки, а ожет. что го нз связь а су- на- упроОна (5.1) ческой решетке. Таким образом, на внешней оболочке находятсй четыре своих электрона н четыре электрона, заимствованные у че- тырех соседних атомов.

При температуре абсолютного нуля все электроны внешних оболочек участвуют в ковалентных связях. При этом кремний и германий являются идеальными изоляторами, так как не имеют свободных электронов, создающих проводимость. . При температуре, отличной от абсолютного нуля, атомы решет- ки колеблются и некоторые электроны получают энергию, доста- точную для того, чтобы оторваться от своего атома. При этом в результате нарушения ковалентной связи образуются электрон проводимости и дырка, являющаяся разорванной связью.

Т образом, за счет тепловых колебаний решетки генерируется э. ронно-дырочная пара. На рис. 5.2 условно показана траект свободного электрона до его рекомбинации. Из рисунка видно электрон может занимать любое положение внутри решет блуждающая по кристаллу разорванная связь — дырка не м Оиа перемещается от одного атома к другому за счет того, разорванная ковалентная связь замещается электроном одно соседних атомов; при этом образуется новая разорванная и т. д. Таким образом, ясно, что свободный электрон н дырк шествуют и движутся независимо. Полупроводник, который не имеет посторонних примесей, зывается собственным полупроводником.

В собственном пол. воднике концентрация электронов дч н дырок р; одинакова. называется собственной концентрацией и равна ль причем (зг~= п,рв = А Тзехр (- г)хЕно(йТ), где А — коэффициент пропорциональности; Т вЂ” абсолютная темпе- ратура; ЬЕно — ширина запрещенной зоны при ОК, равная мини- мальной энергии, которую нужно сообщить электрону, чтобы вы- вести его из валентной зоны в зону проводимости; А — постоянная Больцм ана. для кремния гтЕао=1,21 зВ, а для германия — 078 эВ.

Прн комнатяой температуре (Т=290К) для кремния ит=10", а для германия пс=2 10'а эл/сма, Способность электронов и дырок двигаться под действием электрического поля называют подвижностью. Подвижность равна скорости носителя электрического тока (электрона н дырки) нрм напряженности поля, равной единице. Удельная проводимость полупроводника п=пЧ1ьн+Рпрр, где Ря и Рр — подвижность электронов и дырок; г) — заряд электрона; л и р — концентрация электронов и дырок.

Подвижность электронов в кремнии и германии в 2 — 2,5 раза выше, чем подвижность дырок, поэтому проводимость собственного полупроводника носит в основном электронный характер. Удельное сопротивление кремния много выше, чем германия. Прн комнатной температуре '(25'С) кремний имеет удельноесопротивление 2,3 кОм м, а германий — 0,60 Ом м. В отличие от металлов, удельное сопротивление собственных полупроводников при увеличении температуры не растет, а падает. 5зв ПРИ54ЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ В полупроводниковых приборах широко применяются полупроводники, проводимость которых определяется так называемым~ донорными и акцепторными примесями. В качестве донорных примесей используются элементы У группы периодической системы, такие как фосфор, мышьяк и сурьма, в качестве акцепторных примесей применяются элементы П1 группы: бор, галлий и индий. При внесении в полупроводник примеси некоторые атомы в егп кристаллической решетке замещаются атомами примеси.

На рис. 5.3 показана кристаллическая решетка полупроводника, в которой некоторые атомы заменены атомами донорной примеси. Гдоооднооа электрол ка Дырка гноногг л э еле тро Рис. 54. Кристаллическая решетка германия или кремния с акиепторной примесью Рис. 5 3. Кристаллическая решетка германия или кремния с напорной примесью Ва счет примеси концентрация электронов проводимости в кристалле возрастает, так как один из электронов примесного атома слабо связан с кристаллической решеткой и эта связь легко разрывается уже при достаточно низких температурах. На рис. 5.4 показана кристаллическая решетка полупроводника с акцепторной примесью. При введении в полупроводник акцепторной примеси в кристалле полупроводника возрастает концентрация дырок.

Концентрация донорной или акцепторной примеси характеризуется числом атомов примеси в единице объема полупроводника. Концентрация доиорной примеси обозначается Фр, а акцепторной — У„. Чтобы примесь существенно повлияла на характер проводимости полупроводника, концентрация примеси й в или Фл должна быть на порядок или несколько порядков больше собственной концентрации свободных носителей и,. В этом случае равновесная концентрация электронов и„ при донорной примеси практически равна концентрации донарной примеси: и„=/уп, (5 й) а равновесная концентрация дырок р„ определяется из равенства исрп =ий' (5,3) р„=и ~/и„и',/е/и. (5,4) Следовательно, у полупроводника с донорной примесью с увеличением и„концентрация дырок становится много меньше концентрации электронов, т.

е. Рн«нн. (5.5) На этом основании полупроводник с донорной примесью называется полупроводником и-типа. Электроны в полупроводнике с донорной примесью называются основными, а дырки — неоеноеными носителями. Из формулы (5.2) следует, что концентрация основных носителей практически не зависит от температуры. Что касается концентрации неосновных носителей, то она в соответствии с формулами (5,4) я '(5.!) сильно зависит от температуры. То же справедливо и для полупроводников с акцепторной примесью.