Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Это поле препятствует проникновению в глубину базы инжектированных дырок, то есть обеспечивает их группированне около границы р-п-перехода. Кроме того, это поле способствует освобождению базы от дырок на второй стадии восстановления обратного сопротивления (стадия т,), в результате чего уменьшается отношение т,/т, до значений порядка 0,02-0,03, то есть отрицательный импульс получается практически прямоугольным. 19В 3.8. Разновидности полупроводниковых диодов н их п именение Стабилитроны Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений.
Они работают в области лавинного или туннельного пробоя. Ниже перечислены основные параметры стабилитронов. и Напряжение стабилизации У вЂ” значение напряжения на стабилитроне при заданном токе стабилизации. Так как участок пробоя вольт-амперной характеристики проходит почти вертикально, то можно считать, что У = У„эе. Напряжение стабилизации лежит в пределах от 3,3 до 96 В. а Максимальный тон стабилизации 1„ограничивается максимально допустимой мощностью: р ~ПЫ п.пик и Минимальный ток стабилизации 1 я определяется гарантированной устойчивостью состояния пробоя. С1 Дифференциальное сопротивление г,„е определяется при среднем токе стабилизации: ЬУ еф и С1 Температурный коэффициент напрялсениястабилизации а — относительное изменение напряжения стабилизации ЬУ при изменении температуры окружающей среды на ЬТ (при лавинном характере пробоя коэффициент а положителен, при туннельном — отрицателен): ЬУ гг 11 ЬТ На рис.
3.14, а представлена схема стабилизации напряжения, а на рис. 3.14, б показаны графики, иллюстрирующие работу схемы. Для определения токов и напряжений надо построить вольт-амперную характеристику стабилитрона (график 1), которая проходит практически вертикально, вольт-амперную характеристику нагрузки (график 2) и вольт-амперную характеристику ограничительного резистора (график 3).
Пересечение графиков 1 н 3 определяет значение тока 1„„, потребляемого от источника питания (точка А). Пересечение графиков 1 и 2 определяет значение тока нагрузки 1„(точка В). Разность токов 1„„и 1, равна току стабилитрона1 . Если сопротивление нагрузки изменяется, то изменяется ток 1 с При уменьшении Я„ток 1, возрастает (точка В опускается вниз), а ток 1 уменьшается, при этом положение точки А сохраняется неизменным, то есть увеличение тока нагрузки сопровождается уменьшением тока стабилитрона, а потребление тока от источника питания не зависит от нагрузки. Если изменяется напряжение источника питания Е„,, то точка А меняет свое положение.
При уменьшении Е„„(график 4) точка А поднимается вверх (точка А'), то есть уменьшается потребление тока 1„„, соответственно, уменьшается ток 1, а ток 1„сохраняется постоянным. 2ОО Глава 3. Пол роводниковые диоды 4«~ — Ф б Еи гппиии 1и.и Рис. 3.14 Параметры схемы выбирают так, чтобы при изменении нагрузки и напряжения источника питания выполнялись неравенства и.пиИи си пппип — Е ниппи 1 ь и.п. пии пп 1 пиипип— и.и|п' ° пИ Здесь Е„,,и и Е„„„— минимальное и максимальное напряжения источника питания; 1,,и и 1 — минимальный и максимальный токи нагрузки.
Стабилитроны широкого применения обладают сравнительно высоким температурным коэффициентом напряжения (а - 10 ' К '). Более высокой температурной стабильностью обладают прецизионные стабилитроны, в которых последовательно соединены три р-и-перехода. Один из них — стабилизирующий — включен в обратном направлении, два других — термокомпенсирующих — включены в прямом направлении.
При повышении температуры напряжение на стабилизирующем переходе растет, а на термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому результирующее напряжение на стабнлитроне изменяется незначительно и температурный коэффициент получается около10 ' К '. 2О1 3.8. Разновидности поп проаодниковых диодов и их применение Для стабилизации двухполярных напряжений и для защиты электрических цепей от перенапряжений обеих полярностей применяют двуханодные стабилитрояы, которые имеют симметричную вольт-амперную характеристику. Такие стабилитроны изготовляют путем введения примесей в пластину кремния одновременно с двух сторон. При этом образуются два р-~-перехода, включенных встречно. Для ограничения амплитуды импульсов напряжения разработаны импульсные стабилитроиы. При мгновенном изменении напряжения нарастание лавины в них происходит за очень короткий промежуток времени (порядка 10 " с).
Это обстоятельство позволяет использовать импульсный стабилитрон в качестве инвертированного диода, в котором участок лавинного пробоя можно рассматривать как прямую ветвь вольт-амперной характеристики импульсного диода. Разновидностью стабилитрона является стлабистор — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составляет примерно 0,7 В. Для увеличения напряжения стабилизации используют последовательное соединение нескольких стабисторов, смонтированных в одном корпусе или сформированных в одном кристалле.
Для увеличения крутизны прямой ветви вольт-амперной характеристики базу стабистора делают низкоомной. Из-за малого сопротивления базы толщина р-и-перехода оказывается очень небольшой, поэтому напряжение пробоя стабисторов не превышает нескольких вольт. Температурный коэффициент стабисторов отрицателен, то есть с повышением температуры прямая ветвь его характеристики сдвигается влево.
Варикапы Варикапами называют полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость емкости р-и-перехода от значения обратного напряжения. Варикапы применяют в качестве элементов с электрически управляемой емкостью. Основной характеристикой варикапа является вольт-фарадная: С = ~(и„„). Ее иллюстрирует рис. 3.15, а, и описывается она уравнением С=С.~р /(р +я,)) Здесь: С, — емкость варикапа при и„,„= 0; <р„, — высота потенциального барьера в переходе; т — коэффициент нелинейности, зависящий от распределения примеси в р-и-переходе (для резких переходов т = 0,5, для плавных — т = 0,3). Ниже перечислены основные параметры варикапов: гз Емкость варикапа Св — емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном значении обратного напряжения.
Для разных типов варикапов эта емкость может быть от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад. 2О2 Глава 3. Полупроводниковые диоды -Еи.п Рис. 3.16 0 Коэффициент перекрытия по емкости К, — отношение емкостей варикапа для двух заданных значений обратных напряжений. Значение этого параметра составляет несколько единиц. я Добротность варикапа Я, — отношение реактивного сопротивления варикапа иа заданной частоте переменного сигнала к сопротивлеиию потерь при заданиом значении емкости или обратного напряжения. Добротность лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен. Температурный коэффициент емкости а, — отиосительиое изменение емкости ЬС при изменении температуры иа ЬТ (влияиие температуры иа емкость варикапа в основном обусловлено изменением контактной разности потеициалов, практически а, = (2..А) 10 4 К-'): а, = ЬС1СЬТ.
На рис. 3,15, б представлена схема включения варикапа, обеспечивающая измеиеиие резонансной частоты колебательного контура. Обратное напряжение иа варикап подается через разделительный высокоомиый резистор, предотвращающий шунтирование емкости варикапа малым внутренним сопротивлением источника питания. Конденсатор С необходим, чтобы исключить попадание постоянного напряжения в источник перемеииого напряжения, подключенный к колебательному контуру. Емкость этого конденсатора во много раз превышает емкость варикапа, Туннельные диоды В туннельных диодах используют контакт вырожденных полупроводников, иа вольт-ампериой характеристике которых при прямом напряжении имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис.
3.16, а). Ниже перечислеиь1 специфические параметры туииельиых диодов. ш Пиковый ток 1, — прямой ток в точке максимума вольт-ампериой характеристики, Его значение может находиться в интервале от десятых долей миллиампера до сотен миллиампер, а Ток впадины 1, — прямой ток в точке минимума вольт-ампериой характеристики. тоз 3;6. Разновидности полупроводниковых диодов н нх применение Рис. 3.16 и Отношение токов 1„/1, — отношение пикового тока к току впадины. Для туннельных диодов из арсенида галлия 1„/1, > 10, для германиевых туннельных диодов 1„/1, = 3...6.
с1 Напряжение пика ̈́— прямое напряжение, соответствующее пиковому току. Для туннельных диодов из арсенида галлия 11„= 100.„150 мВ, для германиевых диодов Н„= 40...60 мВ. и Напрялсвние впадины Н, — прямое напряжение, соответствующее току впадины.
У туннельных диодов из арсенида галлия Н, = 400...500 мВ, у германиевых диодов Н, = 250...350 мВ. а Напряжение раствора У, — прямое напряжение, большее напряжения впади- ны, при котором ток равен пиковому. Наличие на вольт-амперной характеристике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением позволяет применять туннельные диоды для усиления, генерирования, переключения и преобразования электрических колебаний. На рис.
3.17, а в качестве примера показана схема включения туннельного диода как усилителя, а на рис. 3.17, б представлена диаграмма, поясняющая принцип ее работы. Сопротивление нагрузочного резистора в схеме меньше отрицательного сопротивления диода. В этом случае небольшое изменение входного напряжения приводит к появлению значительного напряжения на нагрузке. В связи с тем, что ток в туннельном диоде создается основными носителями заряда, прохождение которых не связано с накоплением неравновесного заряда, прибор обладает очень малой инерционностью.
Предельная частота туннельного диода ограничивается барьерной емкостью перехода, сопротивлением базы и индуктивностью выходов. Она может достигать сотен гигагерц. 204 Глава 3. Полупроводниковые диоды и < 1 ! Ен.п б Рис. 3.17 Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды.
Их особенностью является то, что вместо участка с отрицательным сопротивлением на вольт-амперной характеристике имеется практически горизонтальный участок (см. рис. 3.16, 6). В этих диодах обратная ветвь соответствует проводящему состоянию, а прямая ветвь — закрытому состоянию. Поэтому обращенный диод обладает выпрямнтельным эффектом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
