Транзисторы. Полупроводниковый прибор, содержащий p-nпереход и два внешних вывода, является диодом– двухэлектродным электронным прибором

Диоды

Полупроводниковый прибор, содержащий p-n переход и два внешних вывода, является диодом – двухэлектродным электронным прибором, обладающим различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Полупроводниковый диод как элемент электрической цепи является нелинейным двухполюсником, представляемым различными эквивалентными схемами, содержащими в общем случае сопротивления, емкости и индуктивности. Чаще всего диод рассматривают как нелинейную резистивность, характеризуемую вольт-амперной характеристикой.

В основу классификации диодов положены различные признаки – вид электрического перехода, физические процессы в переходе и т. п. В справочниках по полупроводниковым приборам обычно приводится классификация диодов по применению в радиоэлектронной аппаратуре или по назначению. При этом классификация отражает принцип использования свойств электрического перехода, диапазон рабочих частот, исходный материал. Все эти данные находят отражение в системе названий и условных обозначений современных полупроводниковых диодов. Структура реального диода содержит один или несколько электрических переходов.

Выпрямительные низкочастотные диоды. Основное свойство диодов – односторонняя проводимость – позволяет решать многочисленные задачи, в том числе преобразование переменных напряжений (токов) в постоянные напряжения (токи), осуществляемое выпрямителями в источниках питания. Используемые в этих целях диоды называют выпрямительными. Выпрямительные полупроводниковые диоды составляют большой класс приборов. Наибольшее использование в радиоэлектронной аппаратуре нашли кремниевые диоды, германиевые диоды и диоды с барьером Шотки. Основой последних является выпрямляющий контакт металл-полупроводник.

Рабочий участок ВАХ и условные обозначения на схемах выпрямительного диода и диода с барьером Шотки показаны на рис. 3.5. Основными статическими параметрами низкочастотных выпрямительных диодов является прямое падение напряжения U_ПР при заданном прямом токе i_ПР и постоянный обратный ток i_ОБР при заданном обратном напряжении U_ОБР. К основным динамическим параметрам относятся средние за период значения: выпрямленного тока, прямого падения напряжения, обратного тока, обратного напряжения и граничная частота, на которой выпрямленный ток диода уменьшается до установленного уровня. Основными параметрами эксплуатационных режимов являются i_{ПР.МАКС} – максимальные значения прямого тока, U_{ОБР.МАКС} – обратного напряжения, P _МАКС. – мощности, рассеиваемой диодом.

Рис. 3.5. Выпрямительный диод:

а) рабочий участок ВАХ;

б) условное обозначение на схемах;

в) условное обозначение на схемах диодов с барьером Шотки;

г) соединение диодов по мостовой схеме;

д) последовательное соединение диодов

Наряду с одиночными выпрямительными диодами промышленностью выпускаются выпрямительные блоки, в которых диоды имеют различные схемы соединений. Наиболее часто встречаются соединения диодов по мостовой схеме (рис. 3.5г) и по схеме удвоения напряжения (рис. 3.5д).

Выпрямительные высокочастотные диоды предназначены для нелинейного преобразования сигналов с частотой до сотен и тысяч мегагерц. В радиоэлектронных устройствах они широко используются в схемах детекторов и преобразователей частоты высокочастотных сигналов, в схемах ограничителей и коммутации сигналов и других многочисленных приложениях. Во всех перечисленных применениях сигнал преобразуется за счет нелинейности ВАХ диода. Выпрямительные высокочастотные диоды универсальны по применению и могут выполнять все функции, перечисленные выше. Высокочастотные свойства диодов достигаются их конструктивно-технологическими особенностями, снижающими емкость перехода, сопротивления p- и n- областей, а также время жизни неосновных носителей. Рабочий участок ВАХ, условное обозначение на схемах и статические параметры высокочастотного выпрямительного диода те же, что и у низкочастотных выпрямительных диодов. Основным динамическим параметром является граничная рабочая частота.

Стабилитроны. Полупроводниковые диоды, вольт-амперные характеристики которых имеют участки, где значительным изменениям протекающего тока соответствуют незначительные изменения приложенного напряжения, используют для стабилизации напряжения. Специализированные диоды, в которых используется падающий участок характеристики в области включения p-n перехода в обратном направлении, называют с табилитронами, а диоды, в которых для стабилизации напряжения в схемах используется прямая ветвь ВАХ, – стабисторами. В обоих случаях используется неразрушающий лавинный электрический пробой. На рис. 3.6 представлены рабочий участок ВАХ и условное обозначение стабилитрона на схемах. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рис. 4.6.в. Входное напряжение U_ВХ, превышающее по величине U_ВЫХ,распределяется между ограничивающим сопротивлением R_ОГР и параллельно включенными стабилитроном VD и сопротивлением нагрузки R_Н. При правильно выбранных значениях, U_ВЫХ, R_ОГР и R_Н используется рабочий участок ВАХ прибора и величина U_ВЫХ не выходит за пределы U_СТ. Рассмотренный стабилизатор напряжения называется параметрическим. Он находит широкое применение в радиоэлектронных устройствах.

Рис. 3.6. Стабилитрон:

а) рабочий участок ВАХ;

б) условное обозначение на схемах;

в) параметрический стабилизатор напряжения

При подаче обратного напряжения p-n переход представляет собой конденсатор, диэлектриком которого служит высокоомный запирающий слой с низкой концентрацией носителей заряда, а электродами – слои полупроводникового материала по обе стороны от него, сохраняющие высокую проводимость. Емкостью такого конденсатора является барьерная емкость p-n перехода, зависящая от величины обратного напряжения. С увеличением этого напряжения запирающий слой расширяется, что равносильно увеличению расстояния между электродами. Рассмотренный прибор называют варикапом. Зависимость емкости варикапа С_В от приложенного обратного напряжения для p-n перехода с резкой границей выражается формулой С_БАР (U_ОБР) = С_БАР (0) / (1– U_ОБР /j₀)^0,5. Варикапы используют, главным образом, для управления параметрами колебательных контуров в системах автоподстройки частоты радиоприемных устройств, а также в возбудителях передатчиков с частотной модуляцией и в параметрических усилителях.

Рабочая вольт-фарадная характеристика и условное обозначение варикапа на схемах показаны на рис. 3.7. Там же приведен пример схемы с применением варикапа для перестройки колебательного контура.

Рис. 3.7. Варикап:

а) рабочая характеристика;

б) условное обозначение;

в) колебательный контур с электрической перестройкой

Транзисторы – широко распространенные полупроводниковые электронные приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования сигналов. В современной радиоэлектронике широко применяются транзисторы двух типов – биполярные и полевые.

Дата добавления: 2014-11-16