Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Варнкапы в умножителях частоты называют варакгорами. Варикапы применяются в схемах автоподстройкн частоты, а также в параметрических усилителях и преобразователях. Важным параметром варикапов является добротность, которая зависит от частоты. Диффузионная емкость. Кроме барьерной емкости р-и переход имеет диффузионную емкость. Барьерная емкость связана с неподвижными зарядами на границах обедненной области, а диффузионная — с зарядами носителей тока. Они инжектируются в обедненную область и распространяются вследствие диффузии. Диффузионная емкость пропорциональна току, проходящему через р-п переход. Хотя р-п переход, смещенный в прямом направлении, имеет и барьерную емкость, последняя меньше диффузионной. Переходные процессы.
Переходные процессы в цепи, состоящей из плоскостного полупроводникового диода и резистора (рис.5.9), можно изучить, подавая на ее вход напряжение прямоугольной формы (рис. 5.10,а). В этом случае в момент изменения напряжения на входе цепи с прямого на обратное ток в цепи изменится от прямого е~ — ие е~ Т„р —— —— й» И» и! Рис.
5хк Схема переключения диода — ь Рис. 5.10, Характер переходных процессов в схеме перенлючення диода: и — прямоугольяае яяпряжяяпе па яхо. дс цепи и яяпряжояме яя диоде;,б— тея я целя на обратный, который в начале и в течение всего времени расса- сывания заряда носителей тока, паходяпгихся вблизи перехода, равен я+по е, 1обр= — = — . и и Сумма времени рассасывания гр и времени восстановления то- ка 1, (см. рис. 5.10,а) определяет полное время восстановления диода: Гпяии ьр+ ьи. Причем время восстановления 1, можно измерять как время изме- нения обратного тока от максимального значения до 0,1 перепада, равного !обр — Уя. С некоторым приближением процесс рассасыва- ния можно рассматривать как разряд диффузионной емкости, а процесс восстановления — как перезаряд барьерной емкости.
Стабилизация малых напряжений. Прямую ветвь характеристики диода можно использовать для стабилизации малых напряжений: 0,2 — 0,3 В для германиевого диода и 0,6 — 0,8 В для кремниевого диода. Идея стабилизации видна на рис. 5Л1, иа котором показано, что при значительном изменевин напряжения источника питания от гул! до !!из точка пересечения линии !! с характеристикой диода смещается ненамного, если праман ветвь характеристики диода имеет большую крутизну.
Схема стабилизации показана на рис. 5,!2,а, а ее эквивалентная схема, преобразованная по Тевенину, — на рис. 5,!2, б. + лс =и„ и а„и и и,иг и„, О/ Рнс. 5,11. Принцип стабилизации напряжения Рис. 5 12. Схема стабилизации напряжения с помощью диода, включенного в прямом направлении а — прппцппяяльпяя схема; б — ос теяспяпоясппа экяпяяляпт В соответствии с теоремой Тевеиина: и„'= и.
(5.!7) л 17=)7~)!)7 = —. ось (5,18) 17~+ )7 Из рис. 5.!1 видно, что стабилизация тем лучше, чем больше 17 по сравнению с га диода, причем стабилизация получается при изменении как напряжения источника питания П , так и сопротивления нагрузки Й . Стабисторы. Для стабилизации малых напряжений по описанному принципу иногда применяют специальные диоды, называемые стабисторами, Для ия изготовления используют кремний с относительно большой концентрацией примесей.
Напряжение стабилизации кремниевых стабисторов примерно равно 0,7 В. Примененне нескольких последовательна включенных диодов, сыоитированных в одном корпусе, увеличивает напряжение стабилизации в и раз, где и — число последовательно включенных диодов. Стабнлитрон. Для стабилизации напряжений от нескольких единиц до нескольких десятков и даже сотен вольт (примерно от 3 до 400 В) применяются специально изготовленные кремниевые плоскостные диоды, называемые сгабилигронами, а также оггоряыми диодами. Для стабилизации используется обратная ветвь характеристики диода при напряжении, соответствующем области пробоя. Вольт-эмперная характеристика полупроводникового стабвлитрона показана на рис.
5.13. В полупроводниковых диодах различают три вида пробоя; тепловой, лавинный и зенеровский. Тепловой пробой наступает вследствие выделения тепла в переходе при протекании обратного тока Так как в кремниевом диоде обратный ток мал и создает малый разогрев, тепловой пробой наступает при напряжениях и токах, больших, чем напряжение и ток, соответствующие лавинному и зенеровскому пробоям. Причиной лавинного пробоя является ускорение носителей тока— дырок и электронов, которые приобретают достаточную энергию, чтобы при столкновении с атомами полупроводника в области перехода разрывать а нем ввлентные связи, в результате чего могут произойти лавинообразное возрастание новых пар электрон — дырка н лавинное возрастание обратного тока.
Причиной зеяеровскозо пробои является высокая напряженность поля у перехода (порядка 10з В/см), способная вырывать электроны из их валентиых связей. В полупроводниковых стабилитранах используются как зенеровскнй, так и лавянный пробои, причем в иностранной литературе и те, и другие полупроводниковые стабнлнтроны часто называют завадовскими диодами. Важными параметрами полупроводникового стабилитрона являются: напряжение стабилизации, равное напряжению пробоя, максимально и манимальио допустимые значения тока стабилизации, дифференциальное сопротивление в рабочей точке гз (см.
рис. 5.13) и температурный коэффициент напряжения стабилизации. Поясним значение некоторых из этих параметров. Из рис. 5.13 следует, что при уменьшении тока (а рабочая точка сдвигается в область, где дифференциальное сопротивление увелнчивается, что приводит к ухудшению стабилизации. Этим обусловлен минимально допустимый ток стабилизации Кроме того, при малых таках стабилизации лавинный пробой становится нестабильным, что увеличивает шумы Ряс. 5.13. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона 87 Максимально допустимый ток стабилизации определяется допустимой мощностью рассеяния, равной произведенвю тока на напряжение стабилизацви.
Изменение температуры стабилитрона смещает характеристику влево нлп вправо, т. е. в сторону больших или меньших отрицательных напряжений. Температурный коэффициент напряжения стабилизации характеризуют абсолютным или относительным изменением напряжения на один градус. У стабилитронов с лавинным пробоем температурный коэффициент напряжения положителен, а у стабилитронов с зенеровсиим пробоем — отрицателен. Положительный температурный коэффициент можно скомпенсировать, включив последовательно со стабн.
литроном плоскостной кремниевый диод, смещенный в прямом направлении, так как последний имеет отрицательный температурный коэффициент. Этот метод часто используется в стабилитронах, выпускаемых промышленностью, причем термокомпенсирующий диод, включенный в прямом направлении, смонтирован в корпусе стабилитрона. Такие стабилитроны называют термокомпенснрованнымн.
Температурный коэффициент стабилизации термокомпенсированных стабилнтронов а„= ( — 1 ... +20) 10 †' 1)К Без температурной компенсации температурный коэффициент напряжения стабилизации на порядок выше. Туннельный диод. В 1958 г. Эсаки открыл туннельный эффект в р-и переходе, на основе которого были созданы туннельные диоды. В настоящее время такие диоды изготовляются из германия, антимонида и арсенида галлия. Вольт-амперная характеристика туннельного диода показана на рис.
5.14. Благодаря участку характеристики с отрицательным наклоном туннельный диод способен усиливать. Главное преимущество этих диодов по сравнению с электронными лампами и транзисторами состоит в нх быстродействии, являющемся следствием того, что при туннельном эффекте перенос электронов происходит со скоростью, близкой к скорости света, Усилители, смесители и генера- торы на туннельных диодах спог собны работать в дециметровом и сантиметровом диапазонах гл волн. ! В табл.
5.1 приводятся пара- 1 метры туннельных диодов. Вели! 1 чины 1гп, 1/в и Ср называются ! соответственно напряжениями ! пика, впадины и раствора; Ат— а ПИКОВЫЙ тОК; 1в — тОК ВПаДИНЫ. Величины г„, йю С„,р и )х1 1 являются параметрами мало- сигнальной эквивалентной схемы Рис. 5.14. вольт-амперная характе.
туннельного диода, показанной ристнка туннельного диода на рис. 5.15: ㄠ— сопротивление потерь в диоде; ~.л — индуктивг.„ ьа НОСТЬ ВЫВодон' Спер ЕМКОСТЬ перехода; Й! ! — отрицательное л<ю сопротивление в точке наибольшей крутизны падающего участка характеристики, равное обРис. 5.15. Эквивалентная схема гун ратной величине дпер.
Использонельного диода при малых сигналах ванне линейного и нелинейного аа Таблица 5.1 ма ао ~ип,в и,в диода П В гн Ом яг-) ом нар сд нг пг, в гпг'в 10 — 20 20 — 50 0,50 5 — 1О 1О 10 — 15 Германий 0,06 Арсеняд галлия О,!8 1 — 5 ! — 10 2 30 2 — 30 0,30 0,55 ! — 5 1 — 10 участков характеристики позволяет строить на туннельных дио- дах не только усилители, но и генераторы и преобразователи ча- стоты для диапазона СВЧ, быстродействующие триггерные схемы и мультивибраторы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
