Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Сравненне полученных результзтов позволяет показать, что введенне нсточкнка Е. снльяо нзменеет напряжение срабатывания ключа н нзклон его стзтн. емкой хзрзктернстнкн передзчн в области е„>е , практически не сказывается ез наклоне ВАХ прн в„<е„ Слелует отметить, что изыеняя полярность включения диода н вводя в схену ключа нескольно нсгочннков Е,, можно знзчнтельно вкдоязменять с»пенке~кую ВАХ схем как последовзтельного, тзк и параллельного днодямх ключей. Рассмотренные каочи находят юкрокое прнменекпе в разлнчкых схемах селткпнп входных импульсов по полкрностн н вмплктуде, а также в схемах ограни ыкня (нормнровання) уровня входного напряжения.
Прохожденпе импульса напряжения через днодный ключ, Рассмотренные выше зависнмостп и«нл ~р(элл) справедливы лншь для медленного изменения входного напряжения. Если на входе днодного ключа действует импульсное напряжение, длительности фронта и среза которого сонзмеримы с длительностью переходных процессов в самом дноде, завнснмость и,ч, ф(елл) приобретает качественно иной характер.
Проанализируем влияние собственных частотных свойств полупроводникового диода на указанную завн. снмость на примере последовательной СК (см. рнс. 10,4,а). В переходном режиме ток диода определяется тремя составляющими 06 лфэ к~р-л (л= — + — +С„ (10.7) 'Б где ЯБ — объемный заряд неосновных носителей э области базы диода; тэ — время жизни неосновных носителей в областя базы диода, С„р — зарядная (барьерная) емкость диода; У» « — напряженке на р-л-переходе. Первое слагаемое выражения (10.7) связано с рекомбннацней неосновных носителей в области базы.
Второе слагаемое определяет нзмененне во времени объемного заряда неосиовных носнтелей в областн базы. Третье обусловлено перезарядом барьерной емкости р-и-перехода прн изменении входного сигнала нолременн Следует еще раз обратнть внимание на то, что напряжение нэ диоде ид отличается от напряжения на р.и-переходе падением напряжения на внутреннем сопротивлении диода, включающем объ емные сопротивления эмиттера и базы. Учнтывая, что в качеств« эмнттера нспользуется сильно легированный материал, дифферен цнальное сопротивление в основном определяется сопротнвленнен матернала базы, т. е.
р„р»в. Анализ уравнения (10.7) позволяет выявить две основные при чины ннерцконностн полупроводникового дноча: эффект накопл« ния избыточного заряда в базовой области прнбора н налнчн~ барьерной емкости прнбора, Рассмотрнм, кэк этн факторы нлнн ют на процессы переключения диода. Процессы, происходящие в рассматриваемой СК, существен ным образом зависят от вида напряженна с«. Поэтому рассмот рнм два наиболее тнпнчных случая е,. имеет форму двухполярних прямоугольных импульсов и« ременного напряжения; с»л имеет форму однополярных прямоугольных импульсов. В обонх случаях будем полагать: длнтельности фронта н спада е„ равны нулю, т.
е. 4~ 1.« 0 сопротивление )г„ СК существенно больше сопротивления прн мосмещенного диода. 378 йтоедв илло а рпе, 106. Переходные пронесем е ноеледоеетельном днодном клевое прн пера- иенном иходном пдпрвкеннн. ° — ивнененне введнове нвирлненив, 6 — нвнененне еонв диоде, в — ивнвненне леденив нвпряженнв нв диоде Типовые временные диаграммы, поясняющие работу рассматриваемой СК для двухполярного прямоугольного переменного нходиого сигнала е„, приведены на рис. 10.8. Диаграмма соответс твует случаю, когда длительности нмпульсоа, т, е. временные интервалы гх-ие и 1е — Ге достаточны для завершения всех переходных процессов, определяющих инерционные свойства полупроводникового диода, В момент Ге входное напряжение СК скачком увеличилось от и~, о,., Ранее (см. гл.
2) было показано, что проводимость диода прямо пропорциональна объемному заряду Ян, т. е. концентрации пенсионных носителей в области базы. Поэтому при увеличении прямого тока сопротивление базы диода уменьшается (эффект модуляции сопротивления области базы). Поскольку скорость накоп- 379 лення избыточного заряда в области базы конечна, то установление прямого сопротивления диода требует некоторого времени. При выполнении условна Я„,з гд„р можно полагать, что ток диода не зависит от его сопротивления. Поэтому эффект модуляции со« противленкя базы приводит к появлению резкого выброса напряжения на диоде при его включении. Перезаряд барьеркой емкости диода С..„наоборот„ведет к замедлению скорости увеличення напряжения на диоде. Вследствие действия двух противоположных тенденций реальный вид переходного процесса определяется конкретным соотношением параметров диода, При малых уровнях ннжекцнн превалнрующнмн являются процессы, связанные с перезарядом емкости С„'р.
Прн большнх уровнях инжекцни процессы, в основном„ определяются нзмененнем объемного заряда области базы. Поэтому переходные процессы при включения диодов различных типов могут нметь качественно отличный внд. На рис. )0.8,в показаны временные диаграммы изменения тока н напряжения диода, соответствующие большому уровню ннжекцни н ссютветственно малому влнянню С-р, Длительность всплеска, называемая временем установлення 1„ н рассчитанная для напряження ид =- ),2Уд„р, примерно равна 1~ ж 2,3~в, ()0.8) а максимальное паденне напряжения на диоде - = ф. + 1;рдтв/1 (10.9) Здесь ф~=фг — контактная разность потенциалов, равная тепловому потенциалу; р — удельное сопротивление полуяроводниковой области базы; и>,) †соответствен поперечное сечение н длнна базы днода.
Интервал 1>- Гр характеризует установившийся режнм в диодном ключе. В базовой области днода накоплен избыточный заряд неосновных носителей (~з =1„ртз. Концентрация избыточных носителей заряда прн этом падает по мере удаления от перехода, Прямой ток, протекающий в этом случае через диод, 1 = ()Урр, — С~~,~)1(~„„~+ й„). ()0.!О) В момент )з входное напряжение е„изменяет свою полярность. Однако до момента )4 диод будет находиться в проводящем состоянии. До момента Гз через него в обратном направлении буде> протекать ток, импульсное значение которого 1,рр, сонзмернмо с 1рр. Далее по мере рассасываяня объемного заряда неосновных носителей и областн базы и разряда барьерной емкости на интервале 1з — 4ь обратный ток через днод будет уменьшаться, стремясь к своему установявшемуся значению.
зев Как видно нз рнс. 10.8, в в момент 1=1з смены полярности напряженна е,„паденне напряження на диоде скачком уменьшается на долю падекня напряжения на активном сопротнвленнн диода Л1/д =Гав(!пб+1,бе~) Н даЛЕЕ ОСтаЕтСя ПрантИЧЕСКН ПОСтаяННЫМ. Это объясняется тем, что избыточный заряд, накопленный в базовой области диода во время его прямого смешення, остается достаточным для поддержания импульса обратного тока на уровне 1ебр н и„,— 1ид „, —.„11.„+1.бб.)1 (10,11) рн+~ д Б т. е.
непосредственно после смены полярности е., диод пбладаег практнчески нулевым сопротивлением. Уравнение (10.7) для интервала 1б — 1б имеет внд ба = ЯБ/та +сг(„)б/и1 = 1 берг (10.12) Решая (10.12) в предяоложеннн, что в конце интервала 1б — 4б= 1„, концентрация неосновных носнтелей заряда в непосредственной близости к р-и-переходу уменшпается до нуля, получаем т 1п (1 + l„, 1,б„„).
(10.13) Временной интервал 1р„называется временем рассасывания неосновных носителей нз области базы, Следует отметнть, что полученное выражение является приближенным, так как не учитывает особенностей нзмененкя пространственного заряда (ев, характерных для диодов, изготовленных по различным технологням, На интервале 1б — гб 1,„ суммарный объемный заряд в области базы уменьшается до нуля. что характернзуется уменьшением ~ока диода от амплитуды импульса 1 бб, до велнчнйы 1,бм ссютветствующей стационарному обратному току диода в выключенном состояния.
Длительность интервала 1... называемого временем слада обратного гона диода, сильно зависит от технолошш его изготовления. Реально 1,„ лежнт в диапазоне (10. И) 1,„ж (1 ... 0,1) хб. Сравнивая выражения (!0.13) и (10.14), можно заключить, что практнческн для всех типов диодов 1б. >1~ .
Времеяной интервал 1„,+1„=1,„, носит названне времени восстановления обратного сопротивления диода н характеризует быстродействие диодов. Поэтому его значенне обычно указываег~ я в ТУ на полупроводниковые приборы. Как следует из приведенного аналнза, 1 сильно зависит от бч ловнй переключения диода. Поэтому ключевые свойства диода зв! Рас.
10.9. Временные анаграммы, иллюстрирующие ароаомяяиае иерея оослелоаателанма анодина ключ олноаолярного импульса напряженая: П вЂ” пмпрвьс пвоаппго пвмрмпвппмп; Л— Фж ппоав; и яапвпмп мвпрпювпяя пп амона часто определяются не временамн переключения, а зарядом переключения в д Опер " ~ в~ар (1) И (1 0 1 5) ь ЗНая Заряд (,1пвр дЛя ЗадаННЫХ условий рабоаы, легко можно лд оценнть время г„,. 4лвэвлпн Временные диаграммы, хара ктернзующне работу днодной последовательной СК в случае однополярного прямоугольного напряження е,.
прнведены на рнс. 10.9. Очевидно, что н в этом случае напряже. нне нэ нагрузке, которое по форме нмпульса аналогично нзмененню (д, снльно отличается от входного еаю Прнчннамн этнх отлнчнй также являются процессы наконлення заряда неосновных носителей в базовой областн днода н перезаряда С. р. Процесс включения диода аналогнчен рассмотренному выше случаю, Поэтому для времена устэновлення (у н первоначального выброса напряженна Одер .и справедливы соотношения (10.8) н (10.9). Качественные отличия наблюдаются прн выключении днодэ После окончання действня напряження е„ э момент ~а напряже нне на диоде резко уменьшается на АУд гл„р(7„р+(,ар.) н зл тем еще достаточно продолжительное время сохраняет полярност« прямосмешенного диода. Прн условна е„0 это означает, что « сопротнвленню нагрузки прнкладывается напряжение обратной полярности, равное ум пар ~~ ((~пр Гв пр Рпр + '(пар м)1 " ' (10'1 я йм+ 1тмм Прнчнной вазннкновення этого напряжения является объемный заряд Яэ, накопленный в области базы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
