Лекция 4
.docЛекция 4
Варикапы.
Это электрически перестраиваемая емкость на основе обратносмещённого p-n-перехода. Варикапы предназначены для использования в качестве конденсатора, емкость которого зависит от величины обратного напряжения.
, где С0 – емкость при напряжении равном нулю, U – напряжение на емкости, φк – контактная разность потенциалов, ν – равна 1/2 - 1/3 (в зависимости от способа изготовления
Основные параметры варикапа:
1) Ёмкость при определённом обратном напряжении.(Св ,U=5в)
2) Коэффициент перекрытия: Кп = Св max/Cв min. (5 – 8)
3) Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) равен ΔC/СΔT,
ТКЕ = (ΔC/СΔT)100%.
4) Добротность. Q=Xcв/rп; где Хсв - реактивное сопротивление варикапа, rп- сопротивление активных потерь.
Схема включения варикапа.
Варикапы обычно используются для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров.
Сопротивление служит для задания напряжения управляющего Ск. Ссб>>Cк устраняет шунтирование варикапа катушкой Lk по постоянному току.
Lбл устраняет шунтирование колебательного контура резистором по переменному сигналу. Cбл ,Lбл – вспомогательные элементы,Cк,Lк – основные.
Стабилитроны и стабисторы.
Приборы, на основе p-n-перехода, предназначенные для стабилизации напряжения. Стабилитрон – полупроводник диод, ВАХ который имеет участок малой зависимости приложенного напряжения от тока, протекающего через него. Такой участок лежит на обратной ветви ВАХ и возникает в результате пробоя диода.
Основные параметры:
-
Uстаб.номин.
-
ΔUстаб.- разброс напряжения стабилизации.
-
Jст.номин.
4,5. Jст.min , Jст.max
-
Дифференциальное сопротивление стабилизатора на рабочем участке Rg=(ΔU/ΔJ)/J=Jст номин
-
(Т.К.Н.) Температурный коэффициент напряжения.
Параметрический стабилизатор напряжения.
Rн - сопротивление нагрузки.
Rогр - ограничивающее сопротивление.
VD - стабилитрон.
Обеспечивает постоянное напряжение на выходе при уменьшении напряжения на входе или на нагрузке.
Uвых=Uвх-I0Rогр
Пусть входное напряжение возросло, тогда возрастет ток J0.При возрастании J0 возрастет только ток JVD, благодаря чему напряжение на нагрузке остаётся постоянным.
Порядок расчёта параметрического стабилизатора:
Задано входное напряжение и возможное изменение тока через нагрузку ΔJн.
Выбор стабилитрона:
Uвых=Uст. ном
ΔJн≤Jст. ном
Расчёт:
Rогр = (Uвых-Uст. ном)/Jст. ном
Большинство стабилитронов имеют положительный Т.К.Н., причём его величина довольно большая. Для уменьшения Т.К.Н., применяют термокомпенсированные стабилитроны.
TКH(VD)ст>0,
ТКН(VD)диода =-0,23В/г.
Стабилитроны, предназначенные для стабилизации двухполярного напряжения, называются двуханодые стабилитроны.
Если в одном корпусе:
Cтабисторы.
Стабистор предназначен для стабилизации напряжения и представляет собой диод, смещённый в прямом напряжении.
Остальные параметры стабисторов аналогичны параметрам стабилитронов. Стабисторы имеют Uст ном>3,2В. Стабисторы используются для получения стабируемых напряжений <3,2В.
Туннельный и обращенный диоды.
На границе сильнолегированных p-n областей имеет место туннельный эффект. Он проявляется в том, что на прямой ветви ВАХ диода появляется участок с отрицательным сопротивлением. Обратная ветвь такого диода практически отсутствует, то есть при малых обратных напряжениях начинается туннельный пробой, а отсюда резкое возрастание обратного тока.
(рис.1) (рис. 2)
На (рис.1) ВАХ обычного диода, а на (рис.2) – ВАХ диода с концентрацией примесей 1021.
Участок с отрицательным сопротивлением позволяет использовать туннельные диоды для усиления и генерации электрических сигналов.
Генератор гармонических колебаний на туннельном диоде.
R1, R2 – резистивный делитель, задающий рабочую точку на участке с отрицательным сопротивлением.
Lk, Ck – колебательный контур.
Сбл - емкость блокировочная, по переменной составляющей она подключает туннельный диод параллельно к колебательному контуру.
Туннельный диод, включен параллельно колебательному контуру и обладает отрицательным сопротивлением, это сопротивление компенсирует положительное сопротивление потерь контура, в результате чего сопротивление потерь контура обращается в ноль, а колебания получаются гармоническими, незатухающими.
Обращенные диоды.
Обращенные диоды являются разновидностью туннельных. В них концентрация (N) примеси несколько меньше, чем в туннельных. За счет этого отсутствует участок с отрицательным сопротивлением.
Обратная ветвь таких диодов является проводящей электрический ток за счет туннельного пробоя. Обращенные диоды применяются для выпрямления переменных сигналов небольшой амплитуды до 0,3в.
ВАХ:
Маркировка полупроводниковых диодов.
Маркировка состоит из шести элементов:
К Д 2 1 7 А или К С 1 9 1 Е
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
1 - Буква или цифра, указывающая вид материала, из которого изготовлен диод:
1 или Г – Ge (германий),
2 или К – Si (кремний),
3 или А – GeAs.
2 - Буква, указывающая тип диода по его функциональному назначению:
Д – диод,
С – стабилитрон, стабистор,
В – варикап,
И – туннельный диод.
3,4,5 – Цифры, указывающие назначение и электрические свойства диодов.
6 - Буква, указывающая деление диодов по параметрическим группам.
Транзисторы.
Транзисторы – это полупроводниковые приборы с тремя и более выходами, предназначенные для усиления и генерации электрических сигналов.
Транзисторы имеют три вывода: выходной, общий и входной для подачи управляющего сигнала.
Выходной сигнал – выходной ток. В зависимости от способа управления им транзисторы делятся на две группы:
1) Токовые транзисторы: Iвых = kIвх
В таких транзисторах используются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Управление движением зарядов в этих транзисторах осуществляется током. Поэтому их также называют биполярными.
2) Полевые транзисторы: Iвых = SUвх
С помощью Uвх в объеме транзистора создается управляющее электрическое поле. В образовании выходного тока в таких транзисторах принимают участие или электроны, или дырки, поэтому их иногда называют униполярными.
Биполярные транзисторы.
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя близко расположенными, а потому взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами.
Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с тремя областями разной проводимости (рис.27).
В зависимости от чередования этих областей, различают два типа биполярных транзисторов: n-p-n и p-n-p.
По технологии изготовления различают сплавные и планарные транзисторы.
1) Сплавной транзистор.
W – толщина области базы (≈0,1 – 10мм), SЭП<<SКП.
2) Планарный транзистор (метод диффузии).
Принцип работы биполярного транзистора и соотношение для его токов.
Физическая модель биполярного транзистора и схема его включения в активном режиме:
Эмиттер – выполнен из сильно легированного полупроводника и является инжектором носителей заряда для области базы.
База слабо легирована примесями. Ширина базы много меньше диффузионной длины. W<<ln
Коллектор сильно легирован примесями и предназначен для экстракции (поглощения) носителей зарядов, инжектируемых эмиттером.
При работе в активном режиме полярности источников напряжения UЭБ, UКБ выбираются так, что ЭП смещен в прямом, а КП – в обратном направлении.
Поскольку база имеет малую концентрацию примесей по сравнению с соседними областями, то ЭП и КП располагаются в ее области.
При смещении ЭП в прямом направлении происходит ввод основных носителей заряда в базу, где они становятся не основными (инжекция). В базе введенные заряды первоначально группируются вблизи ЭП. А затем за счет диффузии или дрейфа начинают двигаться к КП. Достигнув его, неосновные носители попадают в сильное электрическое поле и переносятся им в область коллектора, где снова становятся основными носителями заряда (экстракция). Для компенсации зарядов, направляющихся в области коллектора, возникает коллекторный ток во внешней цепи. Часть зарядов области базы не достигает КП, рекомбинируя с основными носителями области базы, это создает ток базы.
Основные соотношения токов в транзисторе.
1. Iэ= Iк + Iб
2. Iб= αIэ + Iko, где α – коэффициент передачи тока эмиттера
(α=Ik/Iэ)(0,9-0,999), αIэ – неосновные носители заряда, инжектируемые эмиттером (управляема составляющая), Iko- собственный тепловой ток КП (неупрвляемая составляющая, зависит от окружающей среды).
3. Iб= Iэ - Iк=(1-αs)Iэ - Iko, если Iэ=0, то Iб= -Ik0