Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 136
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Типы диодов по частотному диапазону
Типы диодов по размеру перехода
Типы диодов по конструкции
5.2. Диоды выпрямительные
Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.
Выпрямительные диоды, помимо применения в источниках питания для выпрямления переменного тока в постоянный, также используются в цепях управления и коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов.
С повышением температуры обратный ток у германиевых выпрямительных диодов резко возрастает за счет роста теплового тока.
У кремниевых диодов тепловой ток очень мал, и поэтому они могут работать при более высоких температурах и с меньшим обратным током, чем германиевые диоды.
Кремниевые диоды могут работать при значительно больших обратных
напряжениях, чем германиевые диоды. Максимально допустимое постоянное обратное напряжение у кремниевых диодов увеличивается с повышением температуры до максимального значения, в то время как у германиевых диодов резко падает.
5.3 Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
Сверхвысокочастотный диод — полупроводниковый диод, предназначенный для работы в диапазоне ВЧ и СВЧ.
ВЧ и СВЧ диоды подразделяют на:
-
смесительные; -
детекторные; -
параметрические; -
переключательные и ограничительные; -
умножительные и настроечные; -
генераторные.
В зависимости от внутреннего строения диода и используемых в нём физических эффектов диоды СВЧ различных типов подразделяются на большое число подтипов. Часто диоды одного подтипа могут использоваться в функциональных узлах различного назначения. Например, в некоторых случаях диоды СВЧ умножительные могут применяться в смесителях и т. д. Наиболее известны и распространены следующие виды диодов СВЧ:
-
лавинно-пролетные диоды (диоды Рида, диоды Мисавы, диоды Тагера и т. д.); -
p-i-n диоды; -
диоды Ганна; -
точечно-контактные диоды; -
диоды с переходом («барьером») Шоттки или Мотта.
5.4. Диоды импульсные
Импульсный диод – это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы.
Импульсные режимы – это такие режимы, когда диоды переключаются с прямого напряжения на обратное, через короткие промежутки времени порядка долей микросекунды при этом важную роль играют здесь переходные процессы.
5.5 Диоды Шоттки
Потенциальный барьер, полученный на основе контакта «металл – полупроводник», часто называют барьером Шоттки, а диоды, использующие такой потенциальный барьер, – диодами Шоттки (рис.6).
Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния Si или арсенида галлия GaAs, реже на основе германия Ge. Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода.
Рисунок 6 – Условное графическое обозначение диода Шоттки.
5.6 Стабилитроны и стабисторы
Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие
особенность обратной ветви вольт-амперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.
Рисунок 7 – Стабилитроны: конструкции (а),
вольт-амперная характеристика (б) и условное графическое обозначение (в).
Стабистор – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в
области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.
Стабилизацию постоянного напряжения можно также получить при использовании диода, включенного в прямом направлении, используя для этой цепи крутой участок прямой ветви вольт-амперной характеристики.
5.7 Туннельные и обращенные диоды
Туннельный диод – это полупроводниковый диод (рис.8) на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Рисунок 8 – Туннельный диод 1И104:
а – вольтамперная характеристика при прямом смещении;
б – конструктивное исполнение;
в – условное графическое изображение туннельных диодов.
Обращенный диод – это разновидность туннельного диода, у которого концентрация примесей подобрана таким образом, что в уравновешенном состоянии при отсутствии внешнего напряжения потолок валентной зоны материала р-типа совпадает с дном зоны проводимости материала n-типа.
5.8 Варикапы
Варикап – это полупроводниковый диод (рис.9) , в котором используется зависимость барьерной емкости p-n-перехода от обратного напряжения.
Рисунок 9 – Варикапы: вольт-амперная характеристика (а);
конструкции (б); условное графическое изображение варикапов (в).
Основные параметры варикапов:
-
номинальная емкость C – емкость между выводами, измеренная при заданном обратном напряжении; -
добротность варикапа Q – отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной ѐмкости или обратном напряжении; -
коэффициент перекрытия по ѐмкости K – отношение максимальной емкости Cmax варикапа к его минимальной емкости Cmin при двух заданных значениях обратного напряжения. -
температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости варикапа, приходящееся на один градус изменения температуры окружающей среды.
6. БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
6.1. Принцип действия
В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Условное обозначение биполярного транзистора приведено на рисунке 10.
В транзисторе типа n-p-n основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом,
практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).
Рисунок 10 – Условное обозначение транзисторов:
а) – транзистор р-n-p типа; б) – транзистор n-p-n типа.
Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора.
6.2. Схемы включения биполярного транзистора
Схема включения биполярного транзистора с общей базой (рис.11)
Рисунок - 11
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (рис.12)
Рисунок - 12
Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором (рис.13)
Рисунок - 13
6.3. Частотные свойства биполярного транзистора
Частотные свойства транзисторов определяют диапазон частот синусоидального сигнала, в пределах которого прибор может выполнять характерную для него функцию преобразования сигнала. Принято частотные свойства приборов характеризовать зависимостью величин его параметров от частоты.
Для биполярных транзисторов в основном представляет интерес зависимость от частоты коэффициента передачи входного тока, а также зависимость входного и выходного сопротивлений. Обычно рассматривается активный режим при малых амплитудах сигнала в схемах включения с ОБ и ОЭ.
В динамическом режиме между входными и выходными сигналами появляются фазовые сдвиги и вместо приращений токов и напряжений необходимо брать комплексные величины, поэтому и параметры заменяются комплексными (частотно зависимыми) величинами.
Проведем анализ частотных свойств коэффициентов передачи, используя Т-образную линейную модель (эквивалентную схему) транзистора.
На частотные свойства БТ влияют время пролета носителей через базу tБ, а также ёмкости эмиттерного и коллекторного переходов СЭ, СК и объёмное сопротивление базы
.При рассмотрении работы транзистора р-п-р в схеме ОБ оказывается, что диффузионный характер распространения неравновесных дырок в базовой области приводит к дисперсии времени их прибытия к коллекторному переходу. С ростом частоты из-за этого уменьшается амплитуда сигнала на выходе транзистора, а, следовательно, и коэффициент передачи тока. Допустим, что в момент поступления на вход транзистора положительного полупериода сигнала через эмиттерный переход инжектируется большое число дырок. Часть из них быстро достигает коллекторного перехода; другая же часть, двигаясь по более длинному пути, задерживается. При высокой частоте сигнала, когда среднее время перемещения дырок в базовой области сравнимо с его периодом, положительный полупериод быстро сменяется отрицательным. В течение действия отрицательного полупериода число инжектированных дырок уменьшится, и часть их дойдет до коллекторного перехода одновременно с запоздавшими дырками от положительного полупериода. В результате этого сигнал на выходе транзистора получится усредненным, а усилительный эффект и коэффициент h21Б уменьшатся.
7. Система h-полярности для биполярного транзистора
Транзистор с его внутренними параметрами, определяемыми эквивалентной схемой, можно представить в виде линейного четырехполюсника – «черного ящика» с произвольной, но неизменной структурой, которая определяет соответствующие зависимости между входными и выходными параметрами ( U1, I1, U2, I2).
Рисунок 14 – Схема четырехполюсника
7.1 Система h-параметров для схемы с общей базой