Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки?



Скачать 87.99 Kb.
Дата03.05.2013
Размер87.99 Kb.
ТипДокументы
1. Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки?
Емкость р-n перехода. Электронно-дырочный переход обла­дает определенной электрической емкостью, складывающейся из двух емкостей — барьерной и диффузионной. Они создаются объ­емными зарядами противоположного знака: во-первых, непод­вижными положительными зарядами ионов доноров и отрица­тельными — ионов акцепторов; во-вторых, подвижными объемны­ми зарядами дырок и электронов, инжектированных из области, где они были основными, в область, где они являются неосновными. Во втором случае инжекция дырок из р-области в n-область создает в ней у границы большую концентрацию неоснов­ных носителей положительного заряда, а инжекция электронов в противоположном направлении создает в р-области у границы большую концентрацию неосновных носителей отрицательного заряда.

Емкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов до­норов и акцепторов, создающих в р-п переходе как бы плоскост­ной конденсатор, носит название барьерной, или зарядной. Она тем больше, чем больше площадь р-п перехода и меньше его ширина. Ширина р-п перехода зависит от величины и полярности приложенного напряжения. При прямом напряжении она меньше, следовательно, барьерная емкость возрастает. При обратном на­пряжении барьерная емкость уменьшается тем сильнее, чем боль­ше Uобр. Это используется в полупроводниковых приборах (вари­капах), служащих конденсаторами переменной емкости, величи­на которой управляется напряжением. Барьерная емкость в за­висимости от площади р-п перехода составляет десятки и сотни пикофарад.

Емкость, обусловленная объемными зарядами инжектирован­ных электронов и дырок по обе стороны от р-п перехода, где их концентрация в результате диффузии через р-п переход велика, носит название диффузионной. Она проявляется при прямом на­пряжении, когда происходит инжекция носителей заряда, и зна­чительно превышает по величине барьерную емкость, составляя в зависимости от величины прямого тока сотни и тысячи пико­фарад. При обратном напряжении она практически отсутствует.

Таким образом, при прямом напряжении следует учитывать диффузионную емкость, а при обратном — барьерную.
Частотные свойства диода во многом определяются процессами перезаряда емкостей. Диффузионная емкость может иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад, барьерная - обычно меньшая. Поэтому при прямом напряжений емкость р-п перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении – барьерной емкостью. Преобразования сигнала с использованием диодов практически происходят при положительных смещающих напряжениях.
Поэтому, с точки зрения повышения быстродействия, диод должен изготовляться так, чтобы по возможности ускорить процессы изменения объемного заряда неосновных носителей или вообще исключить их.

Повышение быстродействия можно добиться при использовании так называемого выпрямительного перехода Шотки. Этот переход образован контактом металл – полупроводник. Соответствующим выбором материалов можно добиться того, что высота потенциального барьера для электронов и дырок в месте контакта будет различной. В результате этого (при прямом смещении) прямой ток диода образуется только за счет движения основных носителей заряда. Так, например, при контакте n полупроводника с металлом ток образуется только за счет движения электронов из полупроводника в металл. Таким образом, в полупроводнике не создается объемный заряд неосновных для него носителей, что соответствует отсутствию диффузной емкости. Отсюда вытекает, что диоды, выполненные на основе перехода Шотки (диоды Шотки), обладают большим быстродействием, чем диоды с p-n переходом.

Кроме указанного, диоды Шотки отличаются от диодов с p-n переходом меньшим прямым падением напряжения из-за меньшей высоты потенциального барьера для основных носителей и большей допустимой плотностью тока, что связано с хорошим теплоотводом. Эти преимущества делают предпочтительным использование диодов Шотки при изготовлении мощных высокочастотных выпрямительных диодов.

Следует также отметить, что прямая ветвь вольтамперной характеристики диода Шотки из-за меньшего сопротивления прохождению тока ближе к идеальной.

2. Начертить в одной системе координат вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов. Сравнить их свойства. Показать, как рассчитываются прямое и обратное сопротивления диода и каков примерный порядок их величин.
На рис. 1. представлены реальные вольт-амперные харак­теристики германиевого и кремниевого диода. В области очень малых прямых напряжений, пока не скомпенсирован потенциальный барьер, ток настолько еще мал и так медленно растет, что его не показывает миллиамперметр в схеме для снятия ха­рактеристик и его невозможно отложить на графике в масштабе, выбираемом для построения прямой ветви. Поэтому реальная характеристика в прямом направлении начинается не из 0, а при некотором напряжении, называемом пороговым. Пороговое на­пряжение Uпор составляет десятые доли вольта; для кремниевого диода оно больше, чем для германиевого; с повышением тем­пературы пороговое напряжение уменьшается. Абсолютная вели­чина сдвига прямой ветви характеристики кремниевых диодов при изменении температуры меньше, чем у германиевых.
О


братные ветви характеристик кремниевого и германиевого диодов сильно отличаются от теоретических характеристик р-п перехода и друг от друга. Это объясняется тем, что величина обратного тока в реальных условиях определяется не только тепловым током, но также током утечки по кристаллу и другими факторами. Ток утечки зависит от обратного напряжения и почти не зависит от температуры, а тепловой ток, наоборот, за­висит только от температуры. У германиевых диодов обратный ток определяется главным образом тепловым током, поэтому он сильно растет с повышением температуры и мало зависит от Uобр. При данной температуре Io6p только на начальном от 0 уча­стке резко возрастает, это происходит из-за уменьшения тока диффузии основных носителей заряда, проте­кавшего при прямом напряжении. У кремниевых диодов величи­на Io6p определяется током утечки, так как тепловой ток значи­тельно меньше. Поэтому с увеличением Uобр у них равномерно растет Io6p, начиная с нуля.

С повышением температуры у германиевых диодов пробивное напряжение резко падает, а у кремниевых немного увеличивает­ся.

Германиевые диоды работают в диапазоне температур от —60 до плюс 70—80°С, кремниевые —до плюс 120—160 °С; до­пустимая плотность прямого тока для германиевых диодов 20—40 А/см2, для кремниевых 60—80 А/см2; для германиевых диодов допустимы обратные напряжения до 500—600 В, для кремниевых — до 2000—3500 В; падение напряжения на герма­ниевом диоде при прохождении прямого тока составляет 0,3— 0,6 В, а на кремниевом —0,8—1,2 В.

Сравнивая свойства германиевых и кремниевых диодов, мож­но отметить, что кремниевые диоды имеют на несколько порядков меньший обратный ток, допускают гораздо большие обратные напряжения и плотности прямого тока, могут быть использованы при более высоких температурах. Поэтому выпрямительные дио­ды изготовляют главным образом из кремния, хотя падение напряжения на кремниевом диоде при прямом токе больше, чем на германиевом.
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

прямое напряжение Uпp — значение постоянного напряжения на диоде при заданном прямом токе;

обратный ток Iобр — значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;

сопротивление диода в прямом направлении


оно составляет единицы и десятки ом;
сопротивление диода в обратном направлении



оно составляет единицы мегаом.
3. Начертить схему n-p-n транзистора с ОЭ. Показать направление токов. Какой полярности должны подводиться напряжения к эмитерному и коллекторному переходам и почему? Какими свойствами обладает эта схема в сравнении со схемами с ОБ и ОК?




При подаче на базу входного напряжения - входной ток протекает через переход "база-эмиттер" транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи - величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока. 

При UКЭ < UЭБ (обычно эта ВАХ приводится при UКЭ = 0) транзистор переходит в режим насыщения, когда в прямом направлении смещены оба перехода, поэтому при том же напряжении UЭБ базовый ток увеличивается, так как через базу текут токи обоих переходов. При UКЭ > UЭБ коллекторный переход смещен в обратном направлении и напряжение на нем практически не влияет на прямой ток перехода база-эмиттер. Эти обстоятельства позволяют на семействе входных ВАХ приводить только две характеристики: одну при UКЭ = 0, другую при UКЭ , равном одному, двум или пяти вольтам. выходные ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером показаны на рис. 3.3, б. Общий характер этих зависимостей аналогичен характеру обратной ветви ВАХ диода, так как большая часть напряжения UКЭ падает на коллекторном переходе, смещенном в обратном направлении. Однако, в отличие от выходных характеристик схемы с общей базой, выходные характеристики схемы ОЭ имеют значительно больший наклон, то есть наблюдается большая зависимость выходного тока от выходного напряжения.
Каскад с общим эмиттером Достоинства:

  • Большой коэффициент усиления по току

  • Большой коэффициент усиления по напряжению

  • Наибольшее усиление мощности

  • Можно обойтись одним источником питания

  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

  • Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Схема с общим коллектором Достоинства:

  • Большое входное сопротивление

  • Малое выходное сопротивление

Недостатки:

  • Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»

Схема включения транзистора с общей базой Достоинства:

  • Хорошие температурные и частотные свойства.

  • Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

  • Малое усиление по току, так как α < 1

  • Малое входное сопротивление

  • Два разных источника напряжения для питания.

4. По данным таблицы построить семейство выходных характеристик транзистора КТ361, включенного с ОЭ. Для точки Uкэ=12В и Iб=50мкА рассчитать h22э, h21э.

Uкэ, В

0

4

8

12

16




Iк, мА

0

2,3

2,4

2,6

2,8

Iб=50мкА

Iк, мА

0

2,8

3,1

3,4

3,6

Iб=60мкА

Семейство выходных характеристик представлены на рис.

Рассчитаем коэффициенты

Для определения дифференциального выходного сопротивления транзистора h22э в рабочей точке Uкэ(0)=12В проведем касательную АВ к соответствующей выходной характеристике через рабочую точку и определим ее наклон.

А/В или 50 мкА/В

По выходным характеристикам может быть также определен коэффициент передачи транзистора по току h21Э, как отношение приращения коллекторного тока к вызвавшему его изменению тока базы. Если ток коллектора транзистора в рабочей точке 1 равен IK(0) при токе базы IБ(0), то, поднявшись по линии UКЭ=U0=12В, найдем координаты точки 2 IK` при токе базы IБ` и определим h21Э как




1

2


5. Расшифровать марки приборов и объяснить их назначение:

Расшифровку производим в соответствии с ОСТ 11336.919.81

ГТ705В - германиевый биполярный транзистор большой мощности (свыше 3Вт) низкочастотный (до 3МГц), разновидность В. Предназначен для применения в выходных каскадах усилителей низкой частоты радиовещательных приемников другой аппаратуры.

2С482А – кремниевый стабилитрон, мощностью не более 0,3Вт с напряжение стабилизации менее 10В, разновидность А. Предназначены для стабилизации номинального напряжения 8,2 В в диапазоне токов стабилизации 1...96 мА.

1Д402Б – Германиевый диод импульсный с временем восстановления обратного сопротивления более 500 нс, разновидность Б. Предназначены преобразования высокочастотных сигналов.

КУ208В – кремниевый триодный тиристор незапираемый с максимально-допустимым значением прямого тока от 0,3 до 10А. разновидность В. Предназначены для применения в качестве переключающих элементов устройств коммутации напряжения малыми управляющими сигналами.

Похожие:

Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconЛабораторная работа №14 Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов
Изучить основные свойства электронно-дырочного перехода путем экспериментального исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых...
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconМагистрант гр. Мрс-61 Третьяков В. В. Научный руководитель д т. н., профессор
Иис) являются быстродействие и точность проводимых измерений. Для обеспечения иис этими качествами необходимо в обобщённую модель...
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 27. 01 «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах»
...
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconX3-Turbo-2 for X3-Reunion ver 02 by AlexYar Версия мода 0 2 R2
Данный мод положительно влияет на быстродействие игры и позволяет владельцам слабых компьютеров комфортно играть в Х3
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconИсточники излучения в интегрально-оптических схемах. Характеристики
Конструкции полупроводниковых лазерных диодов и светодиодов (СД), применяемых в восп
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconКраткое содержание Глава Элементы пользовательского интерфейса 289 Глава Быстродействие и оптимизация 306
Визуальные эффекты 27 Трюк № Имитация переходов на уровне пикселов 28
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconОтчет по лабораторной работе №1 Исследование полупроводникового диода по дисциплине
Цель: Ознакомление с измерительными приборами лаборатории. Изучение свойств полупроводниковых диодов
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconВ период перехода к капитализму
Учебное пособие, в котором показан процесс перехода Японии от позднефеодального общества к капиталистическому. В работе объясняются...
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconЗадача на быстродействие. Алгоритм ее решения. Классическое вариационное исчисление. Уравнение Эйлера. Задачи
Алгоритм поиска решения задачи оптимизации "в среднем". Нахождение функции /достижимости. Теорема Ляпунова, лемма Каратеодори
Объяснить причины существования емкостей p-n перехода. Как влияют емкости на быстродействие полупроводниковых приборов? За счет чего меньше быстродействие диодов Шотки? iconПоколения ЭВМ. История вт. Первое поколение
Эвм связаны именно с электронными компьютерами. В СССР в 1952 году академиком С. А. Лебедевым была создана самая быстродействующая...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org