Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

/?обр еще велико, следовательно, велико и напряжение на диоде, а ток диффузии мал. Постепенно диффузия нарастает, инжектированные в п-область дырки накапливаются в ней, сопротивление диода уменьшается до установившегося значения R p, а ток увеличивается до заданного прямого тока. Время, в течение которого происходит включение диода и прямое напряжение на нем устанавливается от нуля до заданного установившегося значения, называют временем прямого восстановления диода 4ос.пр-Кроме инерционности процессов накопления и рассасывания инжектированных носителей заряда на быстродействие импульс-

Обедненный слой

Металл

э ©

-I- + -0

Полупроводнин п-типа

и обр

Электроны

Рис. 1.20. Структура контакта металл - полупроводник п-типа

НЫХ диодов оказывает влияние емкость р-п перехода. Для уменьшения длительности переходных процессов эта емкость не должна превышать долей пикофарады. Уменьшение емкости достигается за счет изготовления р-п переходов с очень малой площадью. Следствием этого является небольшая мощность рассеяния (десятки милливатт). Повышение быстродействия путем ускорения рекомбинации инжектированных в п-базу дырок осуществляется введением в п-область примеси золота; его атомы создают так называемые ловушки для носителей заряда, где происходит интенсивная их рекомбинация.

Другой путь достижения высокого быстродействия - это применение диодов Шоттки, изготовленных на основе электрического перехода металл-полупроводник. Рассмотрим его свойства на примере контакта металла с полупроводником п-типа (рис. 1.20). Свободные электроны могут выйти за пределы металла или полупроводника, только преодолев силы притяжения к положительным ионам кристаллической решетки. Затраченная на это работа совершается электроном за счет сообщения ему дополнительной энергии (например, тепловой) и называется работой выхода tto-Если работа выхода из металла Uom больше, чем из полупроводника Won, то при образовании контакта металл-полупроводник свободные электроны из п-полупроводника начнут под действием

больших сил притяжения переходить в металл, заряжая его отрицательно. В полупроводнике около контакта создается слой, обедненный основными носителями заряда и имеющий в результате этого большое удельное сопротивление. В этом слое выступят нескомпенсированные положительные заряды ионов доноров. Между отрицательным зарядом металла и положительным зарядом доноров на границе создается внутреннее электрическое поле и образуется потенциальный барьер, называемый барьером Шоттки (по имени ученого, обнаружившего эти свойства контакта). Он препятствует дальнейшему переходу электронов из полупроводника п-типа в металл.

Если подвести внешнее напряжение плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику, то внешнее электрическое поле будет направлено навстречу внутреннему, потенциальный барьер снизится, ширина обедненного слоя и его сопротивление уменьшатся, через контакт потечет большой прямой ток. При обратном включении внешнего источника потенциальный барьер возрастет, ширина и сопротивление обедненного слоя увеличатся, а в цепи потечет малый обратный ток. Таким образом, контакт металл- полупроводник в случае полупроводника п-типа и при условии ttoM > ttoii будет выпрямляющим.

Импульсный диод с барьером Шоттки имеет значительно меньшую длительность переходных процессов, чем диод с р-п переходом, так как в нем нет инжекции неоновых носителей заряда в базу, поэтому не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов. На его быстродействие влияет только барьерная емкость.

К параметрам импульсных диодов помимо общих для всех диодов параметров относятся прямое импульсное напряжение при заданном импульсе прямого тока (/ рн и максимально допустимый импульсный прямой ток при заданной длительности / р.имакс, а также время прямого восстановления 4oi р и обратного восстановления /иособр-

1.3.5. Туннельные диоды

Туннельным диодом называют полупроводниковый диод, основанный на туннельном эффекте, при котором прямая ветвь вольт-амперной характеристики имеет падающий участок с отрицательным сопротивлением (рис. 1.21). Благодаря этому свойству туннельный диод может быть использован для усиления и генерирования электрических колебаний. О возникновении туннельного эффекта было сказано при рассмотрении механизма туннельного пробоя. Для получения этого эффекта необходимо, чтобы энергетические диаграммы полупроводников р- и п-типа сдвигались по вертикали относительно друг друга в слое р-п пе-

рехода (см. рис. 1.11,в). В результате этого энергетические зоны р-области располагаются выше соответствующих зон п-области, так что нижняя часть зоны проводимости п-области и верхняя часть валентной зоны р-области по горизонтали находятся на одном уровне и разделены очень узкой запрещенной зоной. При этом носители заряда легко могут переходить из валентной зоны р-области в зону проводимости п-области и обратно. Чтобы создать туннельный эффект, значительно увеличивают концентрацию примесей в р- и п-областях, за счет чего возрастает электропроводность полупроводников.

I, мА

К In

Рис. 1.21. Условное графическое обозначение (а) и вольт-амперная характеристика (б) туннельного диода

При определенном начальном сдвиге энергетических диаграмм р- и -областей без подачи внешнего напряжения встречные потоки электронов из обеих областей уравновешивают друг друга; тока нет. При небольшом прямом напряжении энергетическая диаграмма р-области опускается ниже, часть валентных электронов р-области оказывается против запрещенной зоны п-области и не может в нее перейти. Поэтому равновесие нарушается, больше электронов переходит из п-области в р-область, появляется туннельный прямой ток, который при увеличении и р до некоторого значения растет (участок вольт-амперной характеристики О-/). В точке / ток достигает максимума и называется пиковым током туннельного диода 1 . С дальнейшим увеличением U p и сдвигом вниз диаграммы р-области туннельный ток уменьшается (участок /-2), так как все меньше электронов зоны проводимости п-области находится против валентной зоны р-области и все больше этих электронов оказывается против запрещенной зоны р-области. В точке 2 ток достигает минимума и называется током впадины U. Падающий участок /-2 характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением Гдиф = Д/пр/А/пр < О, означающим, что увеличению прямого напряжения соответствует уменьшение прямого тока.

В точке 2 туннельный эффект исчезает, так как запрещенные

зоны обеих областей располагаются на одном уровне и сливаются в одну сквозную зону. Дальнейшее увеличение прямого напряжения приводит к росту прямого тока за счет диффузии основных носителей заряда, преодолевающих снижающийся потенциальный барьер, как в обычном диоде (участок 2-3).

Основными параметрами туннельных диодов являются: пиковый ток / ; напряжение пика U , соответствующее пиковому току; ток впадины h и соответствующее ему напряжение впадины напряжение раствора Upp - прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому на второй восходящей ветви характеристики. Предельными параметрами являются: максимально допустимый постоянный прямой ток на второй восходящей ветви /прмакс; максимально допустимый постоянный обратный ток /обр.макс; максимальное постоянное прямое напряжение t/пр.макс- Емкость Сд туннельного диода очень мала.

Туннельные диоды изготовляются из германия или арсенида галлия. Они могут использоваться как переключающие в цепях сверхвысокого быстродействия, а также для усиления и генерирования СВЧ-колебаний, так как их инерционность очень мала из-за отсутствия инжекции носителей заряда при туннельном эффекте.

1.3.6. Варикапы

Варикап - полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения. Он предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

с пф

/150 100

Рис. 1.22. Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения (а) и условное графическое обозначение варикапа (б)

Uo6p.B -80 -40

При рассмотрении свойств р-п перехода говорилось, что его барьерная емкость уменьшается с увеличением обратного напряжения (рис. 1.22,а). Поэтому варикап работает при обратном напряжении на р-п переходе. Варикапы изготовляются на основе кремния и используются в электронных схемах в качестве переменной емкости. Например, для автоматической подстройки частоты, частотной модуляции.

Основными параметрами варикапов являются: номинальная емкость С между выводами при заданном обратном напряжении; коэффициент перекрытия по емкости Кс - отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения; добротность Q - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении С или Uo6p\ температурный коэффициент емкости а; максимально допустимое обратное напряжение f/обрмакс и максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Условное графическое обозначение варикапа приведено на рис. 1.22,6.

1.3.7. Типы и система обозначений диодов

По исходному материалу диоды могут быть кремниевые или германиевые, по назначению и характеристикам - выпрямительные, детекторные, импульсные, туннельные, стабилитроны, варикапы и др. Выпрямительные диоды подразделяют по величине мощности: малой, средней и большой.

Для схем с большим количеством параллельно или последовательно соединенных диодов промышленность выпускает полупроводниковые столбы и блоки. Полупроводниковый столб представляет собой совокупность выпрямительных диодов, соединенных последовательно и объединенных конструктивно в одном корпусе с двумя выводами. Полупроводниковый блок состоит из выпрямительных диодов, соединенных по определенной электрической схеме и объединенных конструктивно в корпусе, имеющем более двух выводов.

Систему обозначений полупроводниковых приборов, состоящую из букв и цифр, устанавливает ГОСТ 10862-72. По этой системе обозначение диода содержит четыре элемента.

Первый элемент - буква или цифра, обозначающая исходный материал: Г или 1 - германий и его соединения, К или 2 - кремний и его соединения, А или 3 - арсенид галлия и другие соединения галлия. Цифры используют для приборов специального назначения.

Второй элемент - буква, указывающая класс прибора по структуре и назначению; Д - выпрямительные, детекторные и импульсные диоды, Ц - выпрямительные столбы и блоки, С - стабилитроны и стабисторы, А - СВЧ-дио-ды, И - туннельные диоды, В - варикапы и т. д.

Третий элемент - трехзначное число, первая цифра которого указывает группу по качественным свойствам, две следующие - порядковый номер разработки, а для стабилитронов - напряжение стабилизации. В справочниках приводятся таблицы этих групп по сотням.

Например, для выпрямительных диодов малой мощности (на токи до 0,3 А) третий элемент - число от 101 до 199; средней мощности (на токи от 0,3 до 10 А) - от 201 до 299; выпрямительных блоков и столбов малой мощности - от 301 до 399; средней мощности - от 401 до 499. Для импульсных диодов первая цифра характеризует время обратного восстановления: при /вос.овр > > 150 нс третий элемент - от 501 до 599, при 30<вос.обр< 150 нс - от 601 до 699, при 5 </вое обр < 30 НС -от 701 до 799. при 1 </вос.обр<5 нс - от 801 до 899, при /вое обр < 1 НС - от 901 до 999.

Для туннельных диодов, СВЧ-диодов и варикапов первая цифра третьего элемента определяет их назначение. Например, туннельные диоды усилительные имеют третий элемент от 101 до 199, генераторные - от 201 до 299 и т. д.; СВЧ-диоды смесительные - от 101 до 199, детекторные - от 201 до 299 и т. д.; варикапы подстроечные - от 101 до 199.

Третий элемент обозначения стабилитронов также представляет трехзначное число и дается в справочниках по сотням в зависимости от мощности и напряжения стабилизации. Первая цифра при малой мощности (до 0,3 Вт), с напряжением стабилизации до 10 В - 1, от 10 до 99 В - 2, от 100 до 199 В - 3; при средней мощности (от 0,3 до 5 Вт) аналогично три группы в зависимости от напряжения стабилизации с первой цифрой, соответственно, 4, 5, 6; при большой мощности (более 5 Вт) - 7, 8, 9. Следующие две цифры от 01 до 99 обозначают: при напряжении стабилизации до 10 В-увеличенное в 10 раз напряжение стабилизации, от 10 до 99 В - номинальное напряжение стабилизации, от 100 до 199 В - уменьшенное на 100 номинальное напряжение стабилизации.

011,7 в

Рис. 1.23. Конструкция кремниевых диодов малой (а) и средней (б) мощности и их внешний вид (в. г); мощный диод ВК-50 с радиатором охлаждения (д); 1 - внешний вывод анода; 2 - трубка; 3 - стеклянный изолятор; 4 - корпус; 5 - внутренний вывод анода; 6 - алюминий; 7 - кристалл кремния п-типа; 8 - кристаллодержатель; 9 - внешний вывод катода; 10 - теплоотводящее основание

Четвертый элемент - буква, указывающая разновидность типа из данной группы приборов по значениям параметров; для стабилитронов - очередность разработки.

Примеры обозначения диодов:

ГД107Б - германиевый выпрямительный диод малой мощности, номер разработки 07, группа Б;

КД208А - кремниевый выпрямительный диод средней мощности, номер разработки 08, группа А;

КЦ405В - кремниевый выпрямительный блок средней мощности, номер разработки 05, группа В;

КС211Б - кремниевый стабилитрон малой мощности, с напряжением стабилизации 11 В. группа Б; КС147А -то же, малой мощности, с напряжением стабилизации 4,7 В, группа А; КС620А - то же, средней мощности, с напряжением стабилизации 120 В, группа А:

АИ101В -диод туннельный из арсенида галлия, предназначен для работы в усилительных схемах, номер разработки 01, группа В;

КВ110Г- кремниевый варикап, подстроечный, номер разработки 10, группа Г;

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.