14) Сведениями о меза-диоде

Меза-диод. На поверхности пластинки германия или кремния с проводимостью n-типа создают тонкий слой с проводимостью р-типа. Затем травлением в кислотной смеси или в перекиси водорода на поверхности пластинки получают ряды конусов со слоями проводимости р-типа на их вершинах. Разрезав пластинку на части, получают меза диоды — полупроводниковые тела с р-п-переходами очень малой площади.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Постоянное прямое напряжение Unp — падение напряжения на диоде при прохождении через него прямого постоянного тока.

Прямое импульсное напряжение Uпр.имп — падение напряжения на диоде при пиковом значении импульса прямого тока.

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр. макс — наибольшее обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать.

Максимально допустимое импульсное обратное напряжение Uобр.mмакс обычно несколько больше, чем Uобр.макс.

Постоянный обратный ток Iобр универсальных и импульсных диодов измеряют, как правило, при постоянном обратном напряжении Uобр.макс. Для каждого типа диода ГОСТом или TУ установлено наибольшее значение тока Iобр, в пределах которого диод считается кондиционным.

Емкость диода — емкость между его выводами. Еe измеряют на токах высокой частоты при постоянном напряжении Uобр.

15) Сведениями об импульсных диодах.

И́мпульсный дио́д — диод, предназначенный для работы в высокочастотных импульсных схемах.

Обычно представляет собой полупроводниковый диод с p-n-переходом, оптимизированный по собственной ёмкости, времени восстановления обратного сопротивления (рассасывания неосновных носителей).

Для уменьшения собственной ёмкости вынужденно уменьшают площадь p-n-перехода и для снижения времени жизни неосновных носителей применяют сильно легированные полупроводниковые материалы, поэтому импульсные диоды имеют невысокие предельные импульсные токи (до сотен мА) и небольшие предельные обратные напряжения (до десятков вольт). Также выпускаются импульсные диоды с барьером Шоттки.

Типичная барьерная ёмкость импульсного диода обычно менее 1 пФ и время восстановления обратного сопротивления обычно не более 4 нс.

Принцип действия импульсного диода не отличается от обычного выпрямительного полупроводникового диода с p-n-переходом, при приложении прямого напряжения диод хорошо проводит электрический ток. При смене полярности диод запирается. Запирание происходит не сразу, сначала происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неосновных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n-перехода и диод запирается.

21) Сведениями об импульсном режиме транзисторов.

Транзисторы, как и полупроводниковые диоды, применяются в различных импульсных устройствах. Работа транзисторов в импульсном режиме имеет ряд особенностей.

Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик для схемы с общим эмиттером. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки. Обычно до поступления на вход транзистора импульса входного тока или входного напряжения транзистор находится в запертом состоянии. В цепи коллектора проходит малый ток, и, следовательно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источника почти все полностью приложено к транзистору.

Если на вход подан импульс тока с максимальным значением, то транзистор переходит в область насыщения. Получается импульс тока коллектора с максимальным значением. Иногда его называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника падает на резистор, а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение порядка десятка долей вольта, обычно называемое напряжением насыщения.

Если импульс входного тока будет меньше максимального значения, то импульс тока коллектора тоже уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх максимального значения уже не дает возрастания импульса выходного тока.

Импульсный режим характеризуется также коэффициентом усиления по току, который в отличие от в определяется не через приращение токов, а как отношение токов, соответствующих режиму насыщения.

Иначе говоря, в является параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а коэффициент усиления по току относится к усилению больших сигналов, в частности импульсов, и по величине несколько отличается от в.

Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщения. Величина сопротивления насыщения у транзисторов, предназначенных для импульсной работы, обычно бывает порядка единиц, иногда десятков Ом.

Аналогично рассмотренной схеме с общим эмиттером работает в импульсном режиме и схема с общей базой.

Если длительность входного импульса во много раз больше времени переходных процессов накопления и рассасывания зарядов в базе транзистора, то импульс выходного тока будет иметь почти такую же длительность и форму, как входной импульс. Но при коротких импульсах может наблюдаться значительное искажение формы импульса выходного тока и увеличение его длительности.

Постепенное увеличение тока связано с процессом накопления носителей в базе. Кроме того, носители, инжектированные в базу в начале импульса входного тока, имеют разные скорости своего диффузионного движения и не все сразу достигают коллектора. После окончания входного импульса за счет процесса рассасывания заряда, накопившегося в базе, ток продолжается некоторое время, а затем постепенно спадает в течение времени спада. Следовательно, замедляется процесс включения и выключения коллекторной цепи, затягивается время, в течение которого находится в замкнутом состоянии. Иначе говоря, за счет инерционности процессов накопления и рассасывания заряда в базе транзистор не может осуществлять достаточно быстрое включение и выключение, т. е. не обеспечивает достаточное быстродействие ключевого режима.

Вопросы для оценки результата освоения "Знать":

1)Краткое описание полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы (германий, кремний) по своему удельному электрическому сопротивлению за­нимают место между проводниками и диэлектриками. Разная величина прово­димости у металлов, полупроводников и диэлектриков обусловлена разной величиной энергии, которую надо затратить на то, чтобы освободить валентный электрон от связей с атома­ми, расположенными в узлах кристаллической решетки. Причем проводимость полупроводников в значительной степени зависит от наличия примесей и температуры.

В полупроводниках присутствуют подвижные носите­ли заряда двух типов: отрицательные электроны и поло­жительные дырки.

Если валентный электрон разорвал ковалентную связь и стал свободным, то в том месте, где он находился, будет преобладать положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Эти вакантные места, появляющиеся в валентных связях, называются дырками. Процесс возникновения свободного электрона и дырки называется генерацией. Свободный электрон может занять дырку и вновь стать валентным. Процесс, приводящий к исчезновению свободного электрона и дырки, называется рекомбинацией.

Если в кристаллическую решетку 4-валентного крем­ния ввести примесь 5-валентного эле­мента (фосфора Р, сурьмы Sb, мышьяка As), то четыре валентных электрона каждого примесного атома примут участие в образовании ковалентных связей с четырьмя соседними атомами крем­ния, а пятый валентный электрон окажется избыточным. Он слабо связан с атомом и легко превращается в свобод­ный. При этом атом примеси превращается в положитель­ный неподвижный ион. Увеличение концентрации сво­бодных электронов увеличивает вероятность рекомбина­ции, поэтому концентрация дырок уменьшается. При нормальной температуре практи­чески все атомы приме­си превращаются в положительные неподвижные ионы, а число свободных электронов значительно превышает число дырок. Основными носителями заряда в таких полупровод­никах являются электроны, поэтому такой полупроводник называется полупроводником n-типа (электронного типа). Неосновными носителями заряда в нем являются дырки. Примеси, атомы которых отдают электроны, называют донорами.

При введении примеси 3-валентного элемента (бора В, индия In, алюминия Аl) три валентных электрона каждо­го атома примеси принимают участие в образовании толь­ко трех ковалентных связей, а для четвертой связи атом примеси забирает электрон из какой-либо другой связи между атомами кремния, образуя при этом дырку. Атом примеси превращается в отрицательный неподвижный ион.

Таким образом, 3-валентная примесь увеличивает концентрацию дырок, что в свою очередь уменьшает кон­центрацию электронов. Основными носителями заряда таких полупроводников являются дырки, поэтому полу­проводник называетсяполупроводником р-типа (дыроч­ного типа). Неосновными носителями заряда являются электроны. Примеси, отбирающие электроны, называют­ся акцепторами.

Чтобы примесная проводимость преобладала над собственной, концентрация атомов примеси N должна превышать концентрацию электронов ni и дырок рi в соб­ственном полупроводнике (ni = pi). Практически всегда N гораздо больше ni и рi.

Концентрация неосновных носителей уменьшается во столько раз, во сколько раз увеличивается концентрация основных носителей. Это объясняется увеличением вероятности рекомбинации. Для примесного полупроводника справедливо равенство

где n, р – концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике.

Концентрация основных носителей определяется концентрацией примеси и практически не зависит от темпе­ратуры, так как уже при комнатной температуре все атомы примеси ионизированы, а число основных носителей, воз­никающих за счет генерации пар электрон – дырка, пре­небрежимо мало по сравнению с общим числом основных носителей. В то же время концентрация неосновных носи­телей мала и сильно зависит от температуры, увеличиваясь в 2–3 раза при увеличении температуры на каждые 10°С