контр1. teor ЭБТС. Лекция 1 Содержание Общие положение и понятия Основные радиокомпоненты электронных устройств
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
2.4. Варикапы Варикапом называется полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости с достаточно высокой добротностью в диапазоне рабочих частот. В нем используется свойство p–n-перехода изменять барьерную емкость под действием внешнего напряжения (рис. 2.7). Основные параметры варикапа: номинальная емкость СН при заданном номинальном напряжении UН (обычно 4 В), максимальное обратное напряжение UОБР MAX и добротность Q[2,4]. Для увеличения добротности варикапа используют барьер Шоттки; эти варикапы имеют малое сопротивление потерь, так как в качестве одного из слоев диода используется металл.  Рис. 2.7. Зависимость емкости варикапа от напряжения. Основное применение варикапов – электрическая перестройка резонансной частоты колебательных контуров. Включение варикапа в цепь для этой цели выполняют по схеме в соответствии с рис. 2.8. Обратное напряжение на варикап подается через высокоомный резистор R, предотвращающий шунтирование контура малым внутренним сопротивлением источника питания, и тем самым исключается снижение добротности контура. Постоянный конденсатор С необходим для того, чтобы исключить короткое замыкание варикапа индуктивностью по постоянному напряжению. Его величина всегда много больше переменной емкости варикапа. Изменяя величину обратного напряжения, можно регулировать емкость варикапа и, следовательно, резонансную частоту контура.  Рис. 2.8. Схема включения варикапа в колебательный контур Параметры схемы выбирают на основе соотношений  . , (2.3) Основным полупроводниковым материалом для изготовления варикапов служит кремний. Используется также арсенид галлия, обеспечивающий меньшее сопротивление базы. В настоящее время существует несколько разновидностей варикапов, применяемых в различных устройствах непрерывного действия. Это параметрические диоды, предназначенные для усиления и генерации СВЧ-сигналов, и умножительные диоды, предназначенные для умножения частоты в широком диапазоне частот. Иногда в умножительных диодах используется и диффузионная емкость. Лекция №3 Полевые транзисторы Содержание: 3.1 Общие сведения 3.2 Полевой транзистор 3.1. Общие сведения Полевыми транзисторами ПТ называют трех- или четырехэлектродные полупроводниковые приборы, в которых управление током осуществляется изменением проводимости токопроводящего канала путем воздействия электрического поля, поперечного к направлению тока. Токопроводящий канал соединяет две сильнолегированных области. Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком, а область, в которую они приходят, – стоком. Электрическое поле, изменяющее проводимость канала, создается путем подачи управляющего напряжения на электрод, называемый затвором. В полевых транзисторах от истока к стоку перемещаются только основные носители заряда (либо электроны, либо дырки), поэтому их часто называют униполярными [3,4]. Существует несколько разновидностей полевых транзисторов, различающихся физической структурой и способом управления проводимостью канала. Типы ПТ с их характеристиками передачи и условными графическими обозначениями приведены в табл.3.1. 3.2. Полевой транзистор Различают полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом, с изолированным затвором и полевой транзистор с барьером Шоттки. Таблица 3.1- Основные типы полевых транзисторов
Электрический переход между полупроводниками с разным типом электропроводности нашел свое применение в полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом. В них в качестве затвора используется область полупроводника, тип электропроводности которой противоположен типу электропроводности канала, в результате чего между затвором и каналом образуется р-n-переход. В транзисторах с изолированным затвором между металлическим затвором и проводящим каналом расположен тонкий слой диэлектрика так, что образуется структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структура). Такие транзисторы обычно называют МДП-транзисторами [3,4]. Полевые транзисторы с p–n-переходом при одинаковых геометрических размерах с МДП ПТ могут иметь в рабочем режиме меньшие входные емкости. Это объясняется тем, что в рабочем режиме к электронно-дырочному переходу «затвор-канал» прикладывается запирающее напряжение, и, следовательно, барьерная емкость перехода (аналогично варикапу) уменьшается. Выходное сопротивление ПТ находится в пределах десятков-сотен кОм. Сочетание достоинств полевых транзисторов с p–n-переходом и МДП-транзисторов реализуется в транзисторах с барьером Шоттки. В качестве статических характеристик ПТ представляются функциональные зависимости между токами и напряжениями, прикладываемыми к их электродам: входная характеристика IЗ = f(UЗИ) при UСИ = const; характеристикаобратной связи I3 = f(UСИ) при UЗИ = const; характеристика прямой передачи IС = f(UЗИ) при UСИ =const; выходнаяхарактеристика IС = f(UСИ) при UЗИ = const. На практике широко используются лишь две последние характеристики, причем первую из них часто называют передаточной характеристикой. Входная характеристика и характеристика обратной связи применяется редко, так как в абсолютном большинстве случаев входные токи ПТ пренебрежимо малы (от 10–8 до 10–12 А) по сравнению с токами, протекающими через элементы, подключенные к их входам. Характеристика прямой передачи описывается формулой [3]:  , (3.1)где IС0 – ток стока при UЗИ= 0. Особенностью полевых транзисторов является наличие на их передаточной характеристике термостабильной точки, т.е. точки, в которой ток стока практически постоянен при различных температурах (точка А на рис. 3.1.). Это объясняется следующим образом. При повышении температуры из-за уменьшения подвижности носителей удельная проводимость канала уменьшается, а, следовательно, уменьшается и ток стока. Одновременно сокращается ширина p–n-перехода, расширяется проводящая часть канала и увеличивается ток. Первое сказывается при больших токах стока, второе – при малых. Эти два противоположных процесса при определенном выборе рабочей точки могут взаимно компенсироваться. Передаточные характеристики нормально открытого и нормально закрытого транзисторов с барьером Шоттки приведены на рис. 3.2.  Рис. 3.1. Влияние температуры на характеристики прямой передачи ПТ Напряжение, подаваемое на затвор такого транзистора, не должно превышать 0,4 В, чтобы в цепи затвора не появился нежелательный прямой ток.  Рис. 3.2. Характеристики ПТ с барьером Шоттки Выходные характеристики МДП ПТ не содержат область возникновения прямых токов затвора. Однако следует заметить, что аналогичная область будет иметь место и у МДП ПТ, если их подложка соединена с истоком. В этом случае при обратной полярности напряжения сток-исток возникают прямые токи подложки. Выходные характеристики таких транзисторов имеют вид в соответствии с рис. 3.3.
Лекция №4 Содержание: 4.1 Биполярные транзисторы 4.2 Тиристоры 4.1 Биполярные транзисторы Общие сведения Биполярным транзистором (БТ) называется трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p–n-переходами, предназначенный для усиления электрических колебаний по току, напряжению или мощности. Слово «биполярный» означает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они располагаются достаточно близко – на расстоянии, меньшем диффузионной длины [3,4]. Два p–n-перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. В зависимости от порядка чередования областей различают БТ типа n–p–n (или со структурой n–p–n) и типа p–n–p (или со структурой p–n–p). Крайние области называются эмиттер и коллектор, а средняя – база. Условные изображения таких структур и условные графические обозначения на принципиальных схемах показаны на рис. 4.1. Контакты с областями БТ обозначены буквами: Э – эмиттер; Б – база; К – коллектор.
Упрощенное устройство планарного транзистора (т.е. выводы сделаны в одной плоскости) типа n–p–n изображено на рис. 4.2. Обязательным условием работы транзистора является то, что эмиттерная область выполняется с высокой концентрацией примесей и обозначена верхним индексом «+» (n+). Поэтому БТ является асимметричным прибором. Область n-является коллектором. Соответственно, область p-являетсябазовой(или базой). Область n+ под выводом коллектора служит для создания омического контакта между выводом и телом коллектора. Переход n+-р между эмиттером и базой называют эмиттерным, а p–n между базой и коллектором – коллекторным. Стрелки на условных изображениях БТ указывают (рис. 4.2) направление прямого тока эмиттерного перехода.  Рис. 4.2. Структура БТ типа n–p–n Эксплуатационные параметры транзисторов Транзисторы характеризуются эксплуатационными параметрами, предельные значения которых указывают на возможности их практического применения. При работе в качестве усилительных приборов используются рабочие области характеристик биполярных и полевых транзисторов[3,4]. К основным эксплуатационным параметрам относятся: - максимально допустимый выходной ток,обозначаемый для биполярных транзисторов как IК MAX. Превышение IК MAX приводит к тепловому пробою коллекторного перехода и выходу транзистора из строя. Для полевых транзисторов этот ток обозначается ICMAX. Он ограничивается максимально допустимой мощностью, рассеиваемой стоком транзистора; - максимально допустимое напряжение между выходными электродами: UКЭ MAX для биполярных транзисторов UСИ MAX для полевых транзисторов.  а) б) Рис.4.3. Предельные параметры транзисторов: а) биполярные транзисторы; б) полевые транзисторы Это напряжение определяется значениями пробивного напряжения коллекторного перехода биполярных транзисторов и пробивного напряжения участка «сток-затвор» полевых транзисторов; - максимально допустимая мощность, рассеиваемая выходным электродом транзистора. В биполярном транзисторе это мощность РК MAX,рассеиваемая коллектором и бесполезно расходуемая на нагревание транзистора. В случае ПТ это мощность РCMAX, рассеиваемая стоком транзистора. У биполярных транзисторов при недостаточном теплоотводе разогрев коллекторного перехода приводит к резкому увеличению IК . Процесс имеет лавинообразный характер, и транзистор необратимо выходит из строя. При повышении температуры окружающей среды мощность РК MAX уменьшается, поэтому БТ нуждаются в схемах температурной стабилизации режима. Полевые транзисторы имеют заметные преимущества по температурной стабильности по сравнению с БТ. 4.2 Тиристоры Тиристором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более p–n-перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот [3,4].  Рис. 4.4. Структура тиристора и его ВАХОсновные характеристики и УГО тиристоров приведены в таблице 4.1. Таблица 4.1-Основные типы тиристоров
Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p–n–p–n, в соответствии с рисунком 5.2. Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние p–n-переходы называются эмиттерными, а средний p–n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом. Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
