14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Здесь создается сравнительно высокийпотенциальный барьер, высота которого будет существенно изменятьсяв зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переходобладает выпрямляющими свойствами. В диодах Шоттки отсутствуютпроцессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей,характерные для электронно-дырочных переходов. Поэтому диодыШоттки обладают значительно более высоким быстродействием, чемРис.4.38.

Энергетическая диаграмма перехода с барьером Шоттки7778В создании тока через переход участвуют только электроны. Приподаче прямого напряжения через переход протекает прямой ток,который обусловлен электронами переходящими из области n в областьm. При обратном напряжении наблюдается обратный ток, которыйвызван движением термически возбужденных электронов металла.Подобный же невыпрямляющий переход получается в контактеметалла с полупроводником p-типа, если работа выхода электронов изполупроводника меньше, чем из металла (Аp < Аm).

В этом случае изполупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратномнаправлении, и в приграничном слое полупроводника также образуетсяобласть, обогащенная основными носителями (дырками), имеющаямалое сопротивление.Вольт-ампернаяхарактеристикахарактеристике p-n - перехода.аналогичнавольт-ампернойОмический контактЕсли в контакте металла с полупроводником n-типа работа выходаэлектронов из металла Am меньше, чем работа выхода изполупроводника An, то будет преобладать выход электронов из металлав полупроводник (рис.4.39). Поэтому в слое полупроводника околограницы накапливаются основные носители (электроны), и этот слойстановится обогащенным, т.

е. в нем увеличивается концентрацияэлектронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любойполярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переходнеобладаетвыпрямляющимисвойствами.Егоназываютневыпрямляющим (омическим) контактом.Рис.4.39. Омический контактДля данного вида контакта характерно:1) малое сопротивление перехода,2) близкая к линейной вольт-амперная характеристика (т. е.сопротивление перехода не зависит от амплитуды и полярностинапряжения) и следовательно переход не обладает выпрямляющимисвойствами.Оба типа невыпремляющих контактов широко используются вполупроводниковых приборах при устройстве выводов от n- и pобластей.

Для этой цели подбираются соответствующие металлы.7980Глава 5. Полупроводниковые приборыВыпрямительные диоды5.1 ДиодыВыпрямительные диоды предназначены для преобразованияпеременного сигнала в постоянный.Диоды - это полупроводниковые приборы, основой которыхявляется p-n - переход.Рассмотрим принцип действия простейшего однополупериодноговыпрямителя на полупроводниковом диоде (рис.5.1).В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд ихсвойств, таких, как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробойэлектронно-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости отнапряжения и т.

д. (табл. 5.1).Таблица 5.1ДиодИспользуемое свойство переходаВыпрямительныеАсимметрия ВАХСтабилитроныПробойВарикапыБарьерная ёмкостьИмпульсныеПереходные процессыa)В зависимости от вида используемого свойства, т. е. от назначения,различаютследующиеосновныефункциональныетипыэлектропреобразовательныхполупроводниковыхдиодов:выпрямительные диоды, импульсные диоды, стабилитроны, варикапы.Рассмотрим принцип их действия и основные особенностиприменения.б)Рис.5.1. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы работы (б)однополупериодного выпрямителяПри поступлении от первичного источника переменного напряжения,диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт наотрицательной. В результате на положительной полуволне через диод и8182сопротивление нагрузки будет протекать ток.

Конденсатор при этомзаряжается до значения, близкого к пиковому. При уменьшениинапряжения во входной цепи диод запирается. При этом конденсаторначинает разряжаться через сопротивление нагрузки.Недостатком однополупериодного выпрямителя является то, чтовыпрямленное напряжение сильно зависит от сопротивления нагрузки иимеет большую амплитуду пульсаций. Поэтому такие выпрямителиприменяются только при высокоомных нагрузках.Во время положительного полупериода синусоидального входногонапряжения диод открыт, его сопротивление мало по сравнению ссопротивлением нагрузки и почти все входное напряжение выделяетсяна нагрузке. В данном случае имеет место ограничение "снизу" нанулевом уровне.Если поменять местами выводы диода, то диод будет пропускать токво время отрицательного полупериода входного напряжения.Получается ограничение "сверху" на нулевом уровне.Дляформированияимпульсовприменяютсяамплитудныеограничители.

Наибольшее распространение получили диодныеограничители,которыемогутбытьпоследовательнымиипараллельными.В последовательных диодных ограничителях диод включаетсяпоследовательно с сопротивлением нагрузки (рис.5.2).В параллельном диодном ограничителе диод включается параллельнонагрузке (рис.5.3). Ограничение "снизу" или "сверху" определяетсяспособом подключения выводов диода.а)а)б)б)Рис.5.2. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы работы (б)последовательного диодного ограничителяРис.5.3.

Принципиальная схема (а) и временные диаграммы работы (б)параллельного диодного ограничителя со смещением8384При полярности входного напряжения, соответствующей открытомусостоянию диода, малое сопротивление диода шунтирует нагрузку,вследствие чего выходное напряжение близко к нулю. Чтобыограничение происходило на некотором уровне, отличном от нуля, вограничитель добавляют дополнительный источник постоянногонапряжения.Для получения двустороннего ограничения могут быть объединеныдва параллельных диодных ограничителя. С помощью такогоограничителя из синусоидального напряжения получают импульсытрапециидальной формы.В диодных ограничителях в качестве нелинейных элементов можноиспользовать стабилитроны.

Достоинством ограничителей настабилитронах является то, что отпадает необходимость вдополнительных источниках, определяющих уровень ограничения.Настройка колебательного контура на резонансную частоту можетосуществлятьсядвумяспособами.Во-первых,посредствомварьирования частоты подводимого к контуру переменного входногонапряжения Uвх. Во-вторых, за счет изменения частоты собственныхколебаний0, которая обусловлена индуктивностью и емкостьюколебательного контура.Изменяя величину обратного напряжения Uобр, можно регулироватьемкость варикапа, а следовательно и менять резонансную частотуконтура. Конденсатор Ср является разделительным.

Он необходим дляпредотвращения шунтирования варикапа индуктивностью. Воизбежания влияния Ср на настройку, должно выполняться условие Ср>> Сбар (в сотни раз). В результате этого суммарная емкость контураприблизительно равна барьерной емкости варикапа:ВарикапыС Варикап - полупроводниковый диод, используемый в качествеэлектрически управляемой емкости.Эти параметрические диоды работают при обратном напряжении, откоторого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапыпредставляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемойне механически, а электрически, при изменении обратного напряжения.Варикапы применяются главным образом для настройкиколебательных контуров.

На рис.5.4 показана простейшая схемавключения варикапа в колебательный контур.С р  С барС р  С бар С бар .Таким образом, настройка колебательного контура осуществляется спомощью варикапа следующим образом:U обр  С бар   0 1.L  C барСтабилитроныСтабилитрон - полупроводниковый диод, используемый длястабилизации напряжения.Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитронапредставлена на рис.5.5.Рис.5.4. Схема включения варикапа в колебательный контур8586В режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне почтипостоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменениявходного напряжения Uвх при его нестабильности почти полностьюпоглощаются ограничительным резистором Rогр.Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когданапряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rнпостоянно.

Для установления и поддержания правильного режимастабилизации в этом случае сопротивление Rогр должно иметьопределенное значение. Обычно Rогр рассчитывают для средней точкихарактеристики стабилитрона.Если напряжение Uвх станет изменяться в ту или другую сторону, тобудет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, аследовательно, и на нагрузке будет почти постоянным (рис.5.7).Рис.5.5.

Вольт-амперная характеристика полупроводниковогостабилитронаУчасток соответствующий электрическому пробою Uпроб, на которомнапряжение слабо зависит от тока, является рабочим.При использовании стабилитрона для стабилизации постоянногонапряжения, его включают параллельно нагрузке (рис.5.6).Рис.5.7. Принцип стабилизации напряженияРис.5.6. Схема стабилизатора постоянного напряженияМеханизм стабилизации можно объяснить следующим образом:U вк  U ст  Rогр   I ст  I н  ;8788если в результате нестабильности изменится Uвх, тоU вх  U ст  Rогр  I ст  I н  , U ст U нU вх  U ст  Rогр   rRн дифU ст При Rогр >> rдиф,,U вх.Rогр Rогр1rдифRнUст << Uвх.Эффективностьстабилизациинапряженияхарактеризуетсякоэффициентом стабилизации, который показывает, во сколько разотносительное напряжение на выходе схемы меньше, чемотносительное изменение напряжения на входеdefk ст Рис.5.8.

Зависимость ТКUст от напряжения стабилизацииДля исключения температурного дрейфа напряжения используютпоследовательно соединенный диод. Подобные приборы называютсятермокомпенсированными стабилитронами (рис.5.9).U вх / U вх.U вых / U выхПри использовании стабилитрона в прецизионных стабилизаторахнеобходимо учитывать, что напряжение стабилизации зависит оттемпературы. Влияние температуры оценивается по формулеТКUст = Uст/(Uст . T).Для напряжений ниже 5 В, соответствующих узким p-n - переходам,где преобладает туннельный пробой, ТКUст отрицателен. Длянапряжений выше 6 В, соответствующих более широким переходам, вкоторых основным становится лавинный пробой, ТКUст положителен(рис.

5.8), т. к. при увеличении температуры снижается подвижностьносителей заряда в переходе и для ударной ионизации, т. е. длялавинного пробоя, необходима большая величина напряженностиэлектрического поля.Рис.5.9. Термокомпенсированный стабилитронСтабисторыСтабисторы - это полупроводниковые диоды, предназначенные дляработы в стабилизаторах напряжения, причем в отличие отстабилитронов у стабисторов рабочий участок находится на прямойветви вольт-амперной характеристики. Они используются длястабилизации малых напряжений. Особенностью стабисторов являетсяотрицательный температурный коэффициент напряжения. Поэтому их8990применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов,последовательно соединяя с обычными стабилитронами, имеющимиположительный ТКUст.Импульсные диодыИмпульсные диоды имеют малую длительность переходныхпроцессов и предназначены для работы в качестве коммутирующихэлементов.Существуют различные типы импульсных диодов.

Характеристики

Список файлов учебной работы