Главная - Литература

0 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 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

в соответствии с теоремой Тевеиина:

а;=а„; (5.17)

Из рис. 5.11 видно, что стабилизация тем лучше, чем больше R по сравнению с гд диода, причем стабилизация получается при изменении как напряжения источника питания /7„, так и сопротивления нагрузки Ru.

Стабисторы. Для стабилизации малых напряжений по описанному принципу иногда применяют специальные диоды, называемые стабисторами. Для их изготовления используют кремний с относительно большой концентрацией примесей. Напряжение стабилизации кремниевых стабисторов примерно равно 0,7 В. Применение нескольких последовательно включенных диодов, смонтированных в одном корпусе, увеличивает напряжение стабилизации в п раз, где п - число последовательно включенных диодов.

Стабилитрон. Для стабилизации напряжений от нескольких единиц до нескольких десятков и даже сотен вольт (примерно от 3 до 400 В) применяются специально изготовленные кремниевые плоскостные диоды, называемые стабилитронами, а также опорными диодами. Для стабилизации используется обратная ветвь характеристики диода при напряжении, соответствующем области пробоя. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона показана на рис. 5.13.

В полупроводниковых диодах различают три вида пробоя: тепловой, лавинный и зенеровский.

Тепловой пробой наступает вследствие выделения тепла в переходе при протекании обратного тока. Так как в кремниевом диоде обратный ток мал и создает малый разогрев, тепловой пробой наступает при напряжениях и токах, больших, чем напряжение и ток, соответствующие лавинному и зенеров-скому пробоям.

Причиной лавинного пробоя является ускорение носителей тока -• дырок и электронов, которые приобретают достаточную энергию, чтобы при столкновении с атомами полупроводника в области перехода разрывать в нем валентные связи, в результате чего могут произойти лавинообразное возрастание новых пар электрон - дырка н лавинное возрастание обратного тока.

Причиной зенеровского пробоя является высокая напряженность поля у перехода (порядка 10 В/см), способная вырывать электроны из их валентных связей.

В полупроводниковых стабилитронах используются как senepoBCKWH, так и лавинный пробои, причем в иностранной литературе и те, и другие полупроводниковые стабилитроны часто называют зенеровскими диодами.

Важными параметрами полупроводникового стабилитрона являются: напряжение стабилизации, равное напряжению пробоя, максимально и минимально допустимые значения тока стабилизации, дифференциальное сопротивление в рабочей точке Го (см. рис. 5.13) и температурный коэффициент напряжения стабилизации. Поясним значение некоторых из этих параметров.

Из рис. 5.13 следует, что при уменьшении тока /а рабочая точка сдвигается в область, где дифференциальное сопротивление увеличивается, что приводит к ухудшению стабилизации. Этим обусловлен минимально допустимый ток стабилизации. Кроме того, при малых токах стабилизации лавинный пробой становится нестабильным, что увеличивает шумы.

Рис. 5.13. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона



Максимально допустимый ток стабилизации определяется допустимой мощностью рассеяния, равной произведению тока на напряжение стабилизации. Изменение температуры стабилитрона смещает характеристику влево или вправо, т. е. в сторону ббльших или меньших отрицательных напряжений. Температурный коэффициент напряжения стабилизации характеризуют абсолютным или относительным изменением напряжения на один градус. У стабилитронов с лавинным пробоем температурный коэффициент напряжения положителен, а у стабилитронов с зенеровским пробоем - отрицателен. Положительный температурный коэффициент можно скомпенсировать, включив последовательно со стабилитроном плоскостной кремниевый диод, смещенный в прямом направлении, так как последний имеет отрицательный температурный коэффициент. Этот метод часто используется в стабилитронах, выпускаемых промышленностью, причем термокомпенсирующий диод, включенный в прямом направлении, смонтирован в корпусе стабилитрона. Такие стабилитроны называют термокомпенсированны-мн. Температурный коэффициент стабилизации термокомпенсированных стабилитронов ас7-=(-1 ... +20) 1/К. Без температурной компенсации температурный коэффициент напряжения стабилизации на порядок выше.

Туннельный диод. В 1958 г. Эсаки открыл туннельный эффект в р-п переходе, на основе которого были созданы туннельные диоды. В настоящее время такие диоды изготовляются из германия, антимонида и арсенида галлия. Вольт-амперная характеристика туннельного диода показана на рис. 5.14.

Благодаря участку характеристики с отрицательным наклоном туннельный диод способен усиливать. Главное преимущество этих диодов по сравнению с электронными лампами и транзисторами состоит в их быстродействии, являющемся следствием того, что при туннельном эффекте перенос электронов происходит со скоростью, близкой к скорости света. Усилители, смесители и генераторы на туннельных диодах способны работать в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.

В табл. 5.1 приводятся параметры туннельных диодов. Величины Un, и в VI Up называются соответственно напряжениями пика, впадины и раствора; In - пиковый ток; /в - ток впадины.

Величины Гп, д, Спер и R(-)

являются параметрами малосигнальной эквивалентной схемы туннельного диода, показанной на рис. 5.15: г„ - сопротивление потерь в диоде; Lfl -индуктивность выводов; Спер - емкость перехода; /?( ) - отрицательное сопротивление в точке наибольшей крутизны падающего участка характеристики, равное обратной величине пер*

Использование линейного и нелинейного


Рис. 5.14. Вольт-амперная характеристика туннельного диода

пер

Рис. 5.15.. Эквивалентная схема туннельного диода при малых сигналах



Материал диода

ub. в

с/р в

Лд, нГ

Спер. пФ

Германий Арсенид галлия

0,06 0,18

0,30 0,55

0.50 1.0

5-10 10-15

10-20 20-50

1-5 1-5

1-10

1-10

2-30 2-30

участков характеристики позволяет строить на туннельных диодах не только усилители, но и генераторы и преобразователи частоты для диапазона СВЧ, быстродействующие триггерные схемы и мультивибраторы.

5.4. ТРАНЗИСТОР

Реализовав два р-п перехода на небольшом расстоянии друг от друга, как это схематично показано на рис. 5.16, получим плоскостной транзистор. На левом эмиттерном р-п переходе создается смещение в прямом направлении, на правом коллекторном р-п переходе- в обратном. В полупроводнике, находящемся между эмиттерным и коллекторным р-п переходами, образуется область, которую называют базой. Области по обе стороны от базы называют соответственно эмиттером и коллектором.

Принцип работы транзистора. Рассмотрим принцип работы транзистора. Когда ключ 5 на рис. 5.16 разомкнут, ток-в-цепи эмиттера отсутствует. При этом в цепи коллектора имеется небольшой ток, называемый обратным током коллектора и обозначаемый [кБо (буква О в индексе от слова «обратный», поэтому неправильно обратный ток коллектора называть нулевым). Этот ток очень мал, так как при обратном смещении коллекторного перехода потенциальный барьер велик и непреодолим для основных носителей - дырок коллектора и свободных электронов базы. Коллектор легирован примесью значительно сильнее, чем база. Вследствие этого неосновных носителей в коллекторе значительно меньше, чем в базе, и обратный коллекторный ток создается главным образом неосновными носителями: дырками, генерируемыми

Эмиттер Боза Коллектор

" \

3 "-



Рис. 5.17. Выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ



0 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 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0063