L_1 (1075837), страница 4
Текст из файла (страница 4)
И величина тока тожеможет оказаться ниже той, которую получаем из уравнения идеального диода.Ёмкость С д (нелинейная ёмкость) моделирует переходные процессы вдиоде, связанные с эффектом накопления объёмного заряда в базе.Данная модель не отражает такие эффекты как пробой, высокие уровниинжекции и шум, это уже эффекты второго порядка, которые могут быть отражены в более сложной модели. Моделирование простых и более сложныхмоделей диода можно выполнять, используя пакет PSPICE: последние десятилетия показали, что PSPICE-модель является наиболее успешной.5. Диоды разного функционального назначенияПолупроводниковые диоды объединяют в себе большое количестводиодов разного функционального назначения (рис.1.10)23Анод +_Iа_VDVDVDКатод+Iобра)б)д)и)г)VDVDVDVDVDв)е)ж)з)VDк)л)м)Рис.1.10.
Полупроводниковые диоды: а – выпрямительный; б – опорный (кремниевый стабилитрон); в – туннельный диод; г - обращённый диод; д - диод Шоттки; е –светодиод; ж – фотодиод; з – варикап; и – динистор (неуправляемый тиристор); к –тринистор (управляемый тиристор); л – управляемый симистор; м – неуправляемый симистор.Дадим краткую характеристику некоторым из них.5.1. Стабилитроны (опорные диоды) – рис.1.11аОпорные диоды на ВАХ имеют участок, в пределах которого большимизменениям тока соответствуют незначительные изменения напряжения(рис.1.11 б, участок «аб»)24Iст.прUст=0,7...1,5 ВАнодVDΔUстКатодEAа)Uст.обрBРТCUст.прIст.minΔIстIст.maxIст.обрб)Рис.1.11Концентрация примесных атомов в опорных диодах гораздо выше, чем увыпрямительных диодов.
Напряжённость поля p-n-перехода при этом получается очень высокой, и стабилитрон находится как бы в предпробойном состоянии.В основе работы такого диода лежит явление холодной эмиссии иуправляемый лавинный (электрический) пробой (в пределах «аб») Послеточки «б» мощность, рассеиваемая на стабилитроне, превышает допустимую.Стабилитрон переходит в режим теплового пробоя, после которого он ужене может восстановить свои рабочие свойства.Участок «аб» ─ участок, за счёт которого опорный диод успешно применяется для стабилизации постоянного напряжения.Основные параметры стабилитрона:Р ст. доп . ─ допустимая мощность рассеяния на стабилитроне;U ст.мин и U ст.макс ─ допустимые пределы изменения напряжения на стабилитроне (участок «аб» на рис.6): мощность, рассеиваемая на стабилитроне, непревышает допустимую;I ст.мин ─ минимальное значение тока, при котором начинается лавинныйпробой в стабилитроне;I ст.макс ─ максимальное значение тока, после которого стабилитрон переходит в режим теплового пробоя.
В режиме теплового пробоя при отклю-25чении напряжения стабилитрон не восстанавливает рабочие свойства: мощность, рассеиваемая на стабилитроне, превышает допустимую Р ст. доп ;r диф ─ дифференциальное сопротивление стабилитрона (в справочнойлитературе даются два значения этого параметра: большее значение указывается для участка ВАХ, где в стабилитроне начинается лавинный пробой,меньшее значение ─ для участка вблизи рабочей точки)Примечание.Конкретное использование стабилитрона для стабилизации постоянногонапряжения смотрите в лекции 13 «Источники вторичного электропитания ».5.2. СтабисторыВ этих диодах для стабилизации напряжения используется прямая ветвьВАХ (ВАХ почти вертикальна, рис.1.12)Iст0,7….1,5 ВUстСтабисторы используются длястабилизации низкого уровня напряжения.
Для изготовления стабисторовиспользуется сильно легированныйкремний, за счёт чего удаётся заметноуменьшить сопротивление базы.Рис.1.12Температурный коэффициент стабилизации стабисторов отрицательныйи примерно составляет ─ 2 мВ/К5.3. Туннельные диоды – рис.1.13аТуннельные диоды появились в 1948 г. Интерес к туннельным диодам запоследнее время ослабел: на его смену пришли более совершенные диоды, неуступающие по характеристикам туннельному, поэтому здесь будет представлена лишь особенность его ВАХ (рис.1.13б)Диффузионная составляющая тока в пределах отрезка «оа» на ВАХ незначительна, и большую её часть составляет туннельный ток: концентрация26примесных атомов очень большая (1019…1021), напряжённость поля получается очень высокой. Электрон при таких условиях приобретает волновыесвойства.
Проникая сквозь электромагнитное поле, электрон не вступает сним в энергетическое взаимодействие и переходит в соседнюю область какбы по туннелям, не меняя своего энергетического уровня.мА IпрIмакАнодVDВКатодIмино UминUобра)аIобрсбUмакUпрмВмкАб)Рис.1.13.Резкое снижение тока на участке «аб» объясняется ослаблением туннельного эффекта (несмотря на возрастание диффузионной составляющейтока): увеличение прямого напряжения на диоде ослабляет напряжённостьполя p-n-перехода, и туннельный ток стремительно уменьшается.
После точки «б» туннельный диод приобретает свойства обычного диода. В пределахучастка «аб» туннельный диод является эквивалентом отрицательного динамического сопротивления: между током и напряжением наблюдается фазовый сдвиг, то есть диод не потребляет, а как бы отдаёт мощность.rдиф = −U min −U maxI max − I minВерхний предел частотного диапазона туннельного диода достигает10011 Гц.
Переключающие свойства диода очень хорошие. Туннельные дио-27ды дают хороший эффект при формировании прямоугольных импульсов: нарастающие и спадающие фронты импульсов получаются более крутыми засчёт того, что такие диоды практически безинерционны.В настоящее время туннельные диоды используются в диапазоне сверхвысоких частот в качестве усилительных элементов и в качестве основногоэлемента генераторов.5.4.
Обращённые диоды – рис.1.14аПо своим физическим свойствам обращённый диод близок к туннельным, но участок с отрицательным динамическим сопротивлением у негопочти отсутствует.Название «обращённого» диод получил в силу того, что обратная ветвьего ВАХ (рис.1.14б), из-за малого падения напряжения, используется какпрямая ветвь обычного диода (ΔU ≈ 0,1 В), а прямая ветвь ─ как обратная.IобрАнодVDUобрКатодВUпра)Iпрб)Рис.1.14.В качестве примера практического использования обращённого диодаможно предложить схему для получения последовательности импульсов,совпадающих с моментами нарастания входного прямоугольного импульса(рис.1.15)Недостатком обращённого диода является малое напряжение пробоя.28С1VDЕ вхR1R2UвыхРис.1.15.5.5. Варикапы – (Рис.1.16а).Варикапами были названы полупроводниковые диоды, у которых используется зависимость барьерной ёмкости (при закрытом состоянии диода)от приложенного к нему обратного напряжения (рис.1.16б)Сбар пФВАнодVDКатодUобрАВ0б)а)Рис.1.16.Из графика следует, что зависимость С бар = f(U обр ) наиболее ощутима доточки «А», дальше этой точки изменения С бар незначительны.
Если к диодуприложить обратное напряжение, то высота потенциального барьера возрастает на величину приложенного напряжения, возрастает и напряжённостьполя в p-n-переходе. В результате происходит расширение области p-nперехода и тем больше, чем выше напряжение U обр . Таким образом, изменение U обр , приложенного к p-n-переходу, приводит к изменению барьернойёмкости между p- и n-областями.Барьерная ёмкость такого прибора уменьшается с увеличением обратного напряжения. Величина барьерной ёмкости может быть определена извыражения, которое аналогично формуле плоского конденсатора (хотя между29барьерной ёмкостью и плоским конденсатором имеется принципиальная разница)Сбар=ξSp−n ,4πdгде ξ ─ относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника;S p-n ─ площадь p-n-перехода;d ─ ширина p-n-перехода.Параметры варикапаС ном ─ номинальная ёмкость между выводами варикапа при номинальном напряжении смещения (U см = 4 В);С мак ─ ёмкость варикапа при заданном минимальном напряжении смещения;С мин ─ ёмкость варикапа при заданном максимальном напряжении смещения;К с ─ коэффициент перекрытия, равный отношению С макс / С мин ;Q ─ добротность, равная отношению реактивного сопротивления варикапа к полному сопротивлению потерь (для увеличения добротности варикапа используют барьер Шоттки; такие варикапы имеют малое сопротивлениепотерь, так как один из слоёв диода – металл);U макс.
─ максимально допустимое для варикапа напряжение.Назначение варикапов.Основное назначение варикапов – электрическая перестройка резонансной частоты колебательных контуров (рис 1.16с).CLRVD+Uп–Рис.1.16сОбратное напряжение на варикап подаётся через высокоомный резисторR. Резистор предотвращает шунтирование контура малым внутренним сопротивлением источника питания, и, таким образом, удаётся исключить снижение добротности контура.
Постоянный конденсатор С исключает короткоезамыкание варикапа индуктивностью по постоянному напряжению. Величина ёмкости конденсатора много больше переменной ёмкости варикапа. Из-30меняя обратное напряжение, можно регулировать ёмкость варикапа и, следовательно, резонансную частоту контура.Параметры схемы выбирают на основе соотношенийf=12π LCэкв;111= +.Cэкв C CVDВ настоящее время существует несколько разновидностей варикапов,которые применяются в различных устройствах непрерывного действия. Этопараметрические диоды, предназначенные для усиления и генерации СВЧсигналов, и умножительные диоды, предназначенные для умножения частоты в широком диапазоне частот; в умножительных диодах иногда используется диффузионная ёмкость.5.7.
Диоды Шоттки – Рис.1.17мА IпрАнодVDVDШVDКатодUпр0,2...0,4а)0,7Вб)Рис.1.17Для уменьшения влияния диффузионной ёмкости (С диф ) на высоких частотах используются диоды, выполненные на основе контакта «Металлполупроводник» (рис.1.17)Особенностью такого контакта является то, что одна область являетсяметаллом, другая ─ полупроводником. Обмен электронами между металломи полупроводником характеризуют разностью работ выхода. Например, если работа выхода металла будет больше работы выхода полупроводника (nтипа), то электроны будут переходить из полупроводника в металл. Вблизиграницы полупроводника с металлом образуются положительные некомпенсированные ионы доноров, то есть в приконтактном слое полупроводника31возник обеднённый слой. Такой приконтактный слой обладает повышеннымудельным сопротивлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
