Дифференциальное сопротивление. Полупроводниковые диоды, их вольтамперные характеристики и параметры

Si (КД 103 А)

Ge (Д 7 А Б В Г U 400v)

Ge (Д 9 U 15v)

Полупроводниковые диоды, их вольтамперные характеристики и параметры.

Лекция 5

Примерное значение обратного тока:

Iобр = Iобр +20ºC ·А t - 20ºC10ºC

A1 = 2 → (Ge)

A2 = 2.5 → (Si)

Динамические и частотные параметры

▲f диапазончастот диода 2π/Т, разность значений частот при которых средний выпрямительный ток диода не менее заданной доли его значения частоты.

Rдиф = ▲Uпр/▲Iпр·10ˉ³ (Ом)

Можно определить дифференциальное сопротивление по имперической форме:

R ≈ e·6/Iпр (Ом)

Важным параметром диода является емкость

Су = Сдиф + Сзар

Обратное, максимально допустимое U:

Uост max ≈ 0.8 Uпробоя

0,8 – коофицент запаса. Выбирается в соответствии с требоваемой надежностью для различных классов аппаратуры.

Максимально допустимая мощность диода:

Рmax = Tn max – to/RTnk + PTko

Tn – максимально допустимая температура P-N перехода (в справочнике)

То – окружающая среда

RTnk – тепловое сопротивление между P-N переходом и корпусом

RTko -тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой

Максимально допустимый ток Iпр:

Iпр max = Pmax/Uпр

Выпрямительные диоды – полупроводниковый диод предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

Плоскостные диоды с относительно большой? P-N перехода.

Падение напряжения на диоде при протекании Iпр должно быть минимальным.

Выпрямительные свойства диодов оцениваются с помощью коофициента выпрямления.

Uпр = Uобр = 1вольт

К = Iпр/Iобр = Rобр/Rпр

Наиболее перспективные кремневые. Которые допускают большой перегрев и имеют низкое значение обратного тока.

Импульсные диоды – полупроводниковый диод с малой длительностью переходных процессов. Предназначены для применения в импульсных режимах работы.

Uпр имп мах Iпр имп мах

Лекция 6 Стабилитрон

Стабилитрон – полупроводниковый прибор, напряжение на котором в области электрического пробоя, при обратном смещении, слабо зависит от обратного тока в заданном им диапазоне, и который используется для стабилизации напряжения на нагрузке.

Схема включения стабилитрона, и его вольтамперная характеристика:

Для стабилизации малого напряжения (от 1 до 1,5В), используются кремневые стабилизаторы, включенные в прямом направлении.

Uст – напряжение стабилизации при протекании заданного тока стабилизации.

Iстаб max ≈ 10max/Uст

Iстаб min – определяет устойчивость пробоя стабилизации.

Rдиф – сопротивление стабилитрона. Отношение приращения напряжения стабилизации.

Rдиф = dUст/dIст ≈ ▲Uст/▲Iст (Ом)

Чем меньше Rст, тем лучше осуществляется стабилизация напряжения. Rст = Uст/Iст (Ом) α=▲Uст/Uст · ▲Т – температурный коофицента напряжения стабилизации. Изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1ºС при постоянном токе стабилизации.

Лекция 7 Варикап

Варикап – полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного U и который предназначен в качестве элемента с управляемой емкостью.

Используемое свойство изменяет величину зарядной емкости P – N перехода в зависимости от прилежащего обратного U.

С3 = f (Uобр)

С ростом обратного напряжения емкость варикапа уменьшается, так как расширяется область пространственного заряда. Заряда P – N перехода, т.е. увеличивается его толщина.

Обращенные диоды.

Полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси в котором проводимость при обратном напряжении, вследствие туннельного эффекта, значительно больше чем при прямом напряжении.

Туннельные диоды.

Полупроводниковый диод в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольтамперной характеристике, при включении в прямом направлении, участка отрицательной дифференциальной проводимости.

Рабочим участком ВАХ туннельного диода является участок ВД, на котором диод обладает отрицательной дифференциальной проводимостью.

Iпр

Iв – ток впадины

Отношение Iпр/Iв

Uп – напряжение пика U прямое

Uв – напряжение впадины

Uр – прямое напряжение раствера

Фото и светодиоды.

Фотодиод

Полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, осуществляющий преобразование световой энергии в электрическую.

Iфд = f (Uфд)

При световом потоке Ф = 0 через диод протекает только тепловой ток Io, если Ф > 0 фототок диода возрастает пропорционально световому потоку.

Светодиод

Преобразует энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение – электролюминесценция.

Основные характеристики:

P = f2·Iпр

Iпр = f1·Uпр

В = f3·Iпр

Лекция 8 Биполярные транзисторы

Представляет собой транзистор – полупроводниковый прибор с 2-мя взаимодействующими переходами, усилительные свойства которого определяются 2-мя физическими явлениями:

1. Инжекция

2. Экстракция (не основные носители заряда)

Инжекция – процесс введения носителей заряда через электронно- дырочный переход при понижении высоты потенциального барьера в область полупроводникового, где эти носители являются не основными.

Экстракция – вытягивание носителей из базы.

База – прямая проводимость, обратная.

В зависимости от характера проводимости внешних слоев, транзисторы делятся на 2 типа: прямой проводимости и обратной.

Внутренняя область монокристалла, разделяющая P – N переходы называется базой. Внутренний слой, предназначенный для инжектирования носителей в базу называется эммитором. (p – n – эммиторный)

Коллектор - внутренний слой экстрактирования носителей из базы. (p – n - коллекторный)

База – электрод управляющий. Управляет током через транзистор меняя направление между базой и эммитором. Может управлять плотностью тока экстракции.

Транзисторы классифицируются на:

1. Германиевые

2. Кремневые

3. Лекция 9 Рассмотрим процессы протекающие в биполярном транзисторе P – N – P

1. Uэб = Uкб = 0

Потенциальный барьер

Токи через переходы = 0

2. При наличии напряжения Uэб,Uкб (за счет источника Еэ и Ек) происходит перераспределение электрических потенциалов переходов. Создаются условия для инжектирования дырок (инжектирование из эммитора в базу, и перемещение электронов из базы в эммитор). При встречном перемещении дырок и электронов происходит их частичная рекомбинация и избыток дырок внедряется в слой базы. Образуется ток эммитора (Iэ).

В результате инжекции дырок в базу, где они являются не основными носителями, возникает перепад концентрации дырок. Что приведет их к диффузионному перемещению во всех направлениях, в том числе и к коллекторному переходу.

Перемещение не основных носителей через базу, концентрация их уменьшается, в результате рекомбинации с электронами. Поступающие в базу Еэ. Поток этих электронов образует Iб.

Толщина базы составляет 1 микрон, а коллектор больших размеров, то большая часть дырок достигает коллекторного P – N перехода, и захватывается его полем, при этом рекомбинируясь с электронами, поступающими от источника Ек. Вследствие этого протекает и Iк, замыкающий общую цепь тока.

Перенос тока из эммиторной цепи в коллекторную определяет коофицент передачи по току, и определяется: α= dIк/dIэ Uкб = const

α= 0,95 ~ 0,98

Связь между токами транзистора определяется соотношением:

Iк = αIэ

Iб = Iэ – Iк = (1 – α) ·Iэ

Особенности транзисторной схемы:

Что он усиливает мощность, напряжение смещения эммиторного перехода Uбэ = (0,2в ~ 0,5в)

Uкб = (10в ~ 100в)

Iэ ≈ Iк

Можно сделать вывод:

Рвых = IкUкб > Pвх = IэUбэ

Схемы включения биполярных транзисторов.

Схема включения определяется в зависимости от того, какой электрод является общим для входной и выходной цепи.

Различают 3 схемы включения транзистора:

1. ОБ (общая база)

2. ОЭ (общий эммитор)

3. ОК (общий коллектор)

Лекция 10Статические характеристики транзисторов

Входные статические характеристики с ОБ представляют собой зависимость

Iэ = f (Uбэ) Uкб = const Uкб = 0

Характеристика полупроводникового диода включенного в прямом направлении.

При увеличении коллекторного U происходит расширение коллекторного перехода и, соответственно, реальная ширина базы уменьшается, что и объясняет смещение влево входной статической характеристики с общей базой.

Входная статическая характеристика ОБ

Iк = f (Uкб) Iэ = const

При появлении Iэ, Iк увеличивается на величину Iкр ≈ αIэ ≈ Iэ

Iкр можно рассматривать как искусственно созданный дополнительный ток не основных носителей коллекторного перехода.Входные характеристики с ОЭ.

Iб = f (Uбэ)/Uкэ = const

Iк = f (Uбэ)/Uкэ = const

Характерные параметры транзистора можно найти, если представить транзистор виде активного линейного четырехполюсника. Наиболее широко используются гибридные h параметры. Выражения напряжений и токов через конечные приращения.

h11э = ▲Uбэ/▲Iб Uкэ = const (Ом)

h11э – входное сопротивление

h12э – коэфицент обратной связи

h12э = ▲Uбэ/Uкэ Iб = const (Ом)

Показывает, какая частота напряжения подается с выхода транзистора на его вход при разомкнутой входной цепи.

h12э = ▲Uбэ/▲Uкэ Iб = const

h21э = ▲Iк/▲Iб Uкэ = const

h22э = ▲Iк/▲Uкэ Iб = const

Дата добавления: 2014-01-20