|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тема 2.3 Напівпровідникові діоди
Напівпровідникові діоди – це напівпровідникові (НП) прилади, що мають один р-n перехід та 2 виводи. В залежності від способу отримання р-n переходу НП діоди діляться на 2 типи: точкові та площинні. Усі НП діоди виготовляють з монокристалів. Діоди класифікують за матеріалом, за призначенням, за параметрами (все це є в маркировці), за способом виготовлення р-n переходу. Матеріал – германій, кремній, арсенід галію. Випрямні площинні низькочастотн і діоди призначені для випрямлення змінного струму частотою до 50 ГЦ (перетворення змінного струму в пульсуючий-постійний). Методи отримання – сплавлення та дифузія. Основні матеріали – кремній (Si) та германій (Ge). Принцип дії – однобічна провідність - проводити струм в одному напрямі. Структура p-n- переходу - площина. Вони діляться на діоди малої (300 мА), середньої (300 мА-10 А); великої потужності (більш 10 А). Основна характеристика – ВАХ (рис.2.7).
Рис.2.7 Рис.2.8 Порівняємо Ge та Si діоди: - ІSi зв ‹‹ ІGe зв - у багато разів; - допустима зворотна напруга кремнієвих діодів може досягати 1000…1500 В, а германієвих 100 – 400 В; - робоча температура Si ( -60 С… + 1500С), Ge – (-60 С… + 850С). При температурах вище 85 °С різко збільшується власна провідність германію, що приводить до неприпустимого зростання зворотного струму. Тому частіше використовують Si діоди. Ge діоди кращі при малих напругах (до 1 В) (див. ВАХ). Найпростіша схема включення (випрямлення напруги) на рис.2.8. Основні параметри: 1 Постійний прямий струм Іпр. 2 Постійна пряма напруга Uпр – яка нормується при певному прямому струмі Іпр. 3 Максимально допустимий прямий струм діода Іпр max. 4 Максимально допустима зворотна напруга діода Uзв max. 5 Зворотний струм діода Ізв, який нормується при певній зворотній напрузі Uзв. 6 Максимально допустимий зворотний струм діода Ізв max. 7 Диференціальний опір діода rдиф (при заданому режимі роботи).
В даний час випускають «діодні стовпи», в яких з'єднані послідовно від 5 до 50 діодів. Зворотна напруга Uзв таких стовпів лежить в межах 2-40 кВ. Паралельне з'єднання використовується для збільшення допустимого прямого струму (рис.2.9.а) – силові діодні збірки. Для вирівнювання прямих опорів діодів послідовно с діодами включають омічні додаткові резистори Rш - декілька Ом. Випрямні мости на кремнієвих діодах використовуються в однофазних і трьохфазних мостових випрямлячах.
Стабілітрон – це напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою майже не залежить від сили струму. Принцип дії стабілітрону – електричний пробій p-n переходу. Основна характеристика – вольт-амперна характеристика (ВАХ) (рис.2.10). Робоча ділянка (АБ ) - пряма майже паралельна осі струмів.
Робочий режим – при зворотному включенні (режим електричного пробою). Матеріал - кремній, який має порівняно з германієм більшу ширину забороненої зони, а значить значно менший зворотний струм, тому тепловий пробій настає при значно більших зворотних напругах. Застосовуються стабілітрони для стабілізації напруги, як обмежувач постійної та імпульсної напруги, як поділювач напруги, як джерело еталонної напруги. Основні параметри : - напруга стабілізації Uст – падіння напруги на стабілітроні в області стабілізації при номінальному значенні струму; Uст відповідає точці на середині робочої ділянці ВАХ , Uст = (1-1000)В; - мінімальний струм стабілізації Іmin – найменше значення струму крізь стабілітрон, при якому виникає стійкий електричний пробій (точка А на ВАХ); (одиниці мА) - максимальний струм стабілізації Іmax – найбільший струм крізь стабілітрон, при якому потужність, що розсіюється на стабілітроні, не перевищує допустимого значення (точка Б на ВАХ); (0,02 – 1,5)А - диференційний опір Rд – характеризує зміну величини напруги на приладі зі змінами струму крізь нього, тобто, характеризує ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму пробою r ст = ∆Uст /∆Іст; (від одиниць до десятків Ом) Чим менше опір r ст , тим краще стабілізація. - температурний коефіцієнт напруги стабілізації α, α = ∆Uст / U ст ∙ ∆ T (1/град) ; - максимальна потужність розсіювання Рmax – найбільша потужність, яка виділяється в p-n переході, при якій ще не виникає теплового пробою. Рис.2.11 - Простіша схема включення
Схема являє собою дільник напруги, який містить резистор Rб і стабілітрон VD. Найбільш частіше стабілітрон працює при RН = const , напруга джерела живлення Е нестабільна. Щоб отримати стабільну напругу більш низьку, чим на стабілітроні, то паралельно з навантаженням включають додатковий резистор, опір якого розраховують за законом Ома (рис.2.12). Рисунок 2.12 Рисунок 2.13 Для збільшення Uст послідовно включають декілька стабілітронів, розрахованих на однакові струми (рис.2.13). Пряма гілка ВАХ кремнієвих p-n переходів має різкий злам і на на ділянці с-d напруга також слабо залежить від сили струму. Стабістори – це НП діоди, призначені для роботи в стабілізаторах напруги при прямому включені p-n- переходу (використовуються для стабілізації малих напруг (0,5-2,5)В) , струм стабісторів звичайно від 1мА до декількох десятків мА. Матеріал – кремній, напруга стабілізації в середньому – 0,7 В. Особливість стабісторів - від'ємний температурний коефіцієнт напруги, тобто напруга стабілізації при збільшенні температури зменшується. Тому стабістори використовують в якості термокомпенсуючих елементів, з'єднуя їх послідовно із звичайними стабілітронами, які мають позитивний температурний коефіцієнт напруги. Високочастотні діоди – призначені для випрямлення струмів ВЧ, модуляції, детектування та інших нелінійних перетворень електричних сигналів частотою до 1000 МГц. Структура p - n – переходу – точкова. Способи створення – формовка. Основні матеріали – кремній і германій. Принцип дії - однобічна провідність p-n – переходу. Основна характеристика – ВАХ (рис.2.14,а). ВАХ ВЧ діодів відрізняється від НЧ тільки зворотною гілкою: - зворотний струм менше, бо мала площа р-п переходу; - ділянка насичення мала і невиразна; - зворотний струм майже пропорційний зворотної напрузі; - вплив температури значно менший ніж у НЧ на зворотний струм. Подвоєння зворотного струму відбувається при прирості температури на 15-20°С. У площинних р - n - переходах зворотний струм зростає приблизно в 2-2,5 рази при підвищенні температури на кожні 10 °С (рис.2.14,б)
Рисунок 2.14 Умовне графічне зображення, схема включення – такі самі, як і для НЧ. Основні параметри: такі самі, як і у НЧ + додаткові: - загальна ємність діоду С д - ємність, між виводами при заданих напрузі зміщення та частоті; - д иференц ійний опір r диф — відношення приросту напруги на діоді до малого приросту струму, що викликав його r диф = ∆U/∆I; - ді апазон частот ∆ f — різниця крайніх значень частот, на яких середній випрямлений струм не менший певної частки його значення на НЧ.
Імпульсні діоди призначені для роботи в швидкодійних імпульсних схемах з часом перемикання 1 мкс і менш. Структура р-п переходу – точкова або меза-структура. Основні матеріали: кремній і германій. За способом виготовлення р-п переходу імпульсні діоди діляються на точкові, сплавні, зварні і дифузійні (меза і планарні). Конструкція точкових імпульсний діодів практично не відрізняється від конструкції звичайних високочастотних діодів. Простіша схема включення імпульсного діода приведена на рис. 2.15,а.
Основна характеристика імпульсних діодів - перехідна характеристика. Вона відображає процес відновлення зворотного струму і зворотного опору діода при дії на нього імпульсної напруги зворотної полярності (см. рис. 2.15, в). Основні параметри: 1 Час відновлення зворотного опору τв - інтервал часу від моменту проходження струму через нуль після переключення діода із заданого прямого струму в стан заданої зворотної напруги до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення. 2 Заряд переключення Q пк - частина накопиченого заряду, що витікає у зовнішне коло при зміні напряму струму з прямої на зворотну. 3 Загальна ємність СД - ємність, зміряна між виводами діоду при заданих напрузі зміщення і частоті. 4 І мпульсн а прям а напр уга U пр.і – пікове значення прямої напруги на діоді при заданому імпульсі прямого струму. 5 Імпульсний прямий струм Іпр.і. - пікове значення імпульсу прямого струму при заданій тривалості, скважності і формі. Імпульсні діоди широко застосовуються в імпульсних схемах різного призначення, наприклад в логічних схемах електронних цифрових обчислювальних машин. Діод Шоттки - це НП діод, випрямні властивості якого ґрунтуються на використанні випрямного електричного переходу між металом та збідненим шаром напівпровідника. Контакт (p-n- перехід) являє собою тонку плівку металу (золота Au, нікелю Ni, алюмінію Al, платини Pt, вольфраму Wo, молібдену Mo, ванадію Va і ін.). Прилади, що використовують контакт метал — напівпровідник, працюють на основних носіях заряду, що зменшує їх інерційність, підвищує швидкодію. Час перемикання діодів Шоттки із закритого стану у відкритий і навпаки визначається малою величиною бар'єрної ємності, яка звичайно не перевищує 0,01 пФ. Основна перевага діодів Шоттки в порівнянні з діодами на р-п переходах — можливість отримання менших значень прямого опору контакту, оскільки металевий шар по цих властивостях перевершує будь-який, навіть сильно легований шар напівпровідника. Малий прямий опір і невелика ємність бар'єру Шоттки дозволяє діодам працювати на надвисоких частотах. Типовий діапазон робочих частот складає 5—250 ГГц, а час перемикання — менше 0,1 нс. Зворотні струми діодов Шоттки малі і складають декілька мікроампер. Зворотні напруги лежать в інтервалі 10...1000 В. Умовне позначення на схемі на рис.2.16.
Варикап – це НП діод, принцип дії якого базується на залежності бар′єрної ємності закритого р-п переходу від величини зворотної напруги, тобто це конденсатори змінної ємності, які керуються не механічно, а електрично, тобто зміною зворотної напруги. Відміність від звичайного конденсатора: у звичайному конденсаторі відстань між його пластинами, а отже, і його ємність не залежать від напруги, прикладеної до конденсатора. Основний матеріал – кремній і арсенід галію. Структура р-п переходу – площинна.
Рисунок 2.17 Рисунок 2.18 На варикап подають зворотну напругу (рис.2.17). Зміна зворотної напруги, прикладеної до р-п переходу, приводить до зміни бар'єрної ємності між р- і n-областями. Величина бар'єрної ємності діода Сб може бути визначена з формули Сб = ε S /4 πd де ε — відносна діелектрична проникність напівпровідника; S — площа р-п переходу; d — ширина р-п – переходу. Ширина р- n - переходу залежить від величини прикладеної до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги: при зростанні зворотної напруги ширина р-п переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується. Основна характеристика варикапа - залежність його ємності від величини зворотної напруги Сб = f (Uзв) (вольт - фарадна характеристика) (рис.2.18). Залежно від призначення величина номінальної ємності варикапів може бути в межах від декількох пікофарад до сотень пікофарад. Залежність ємності варикапа від прикладеної напруги визначається технологією виготовлення р-п переходу. Основні параметри: 1 Номінальна ємність С ном — ємність між виводами варикапа при номінальній напрузі зміщення (звичайно Uзм = 4 В). 2 Максимальна ємність С max— ємність варикапа при заданій мінімальній напрузі зміщення. 3 М і н і мальна ємність С min—ємність варикапа при заданій максимальній напрузі зміщення. 4 Коефіцієнт перекриття Кс — відношення максимальної ємності діода до мінімальної. 5 Добротність Q — відношення реактивного опору варикапу на заданій частоті до повного опору втрат при заданому значені ємності. 6 Максимально допустима напруга Umax – максимальне миттєве значення змінної напруги, яка забезпечує задану надійність при тривалій роботі. 7 Максимально допустима потужність Р max – максимальне значення потужності, яка розсіюється на варикапі і при якій забезпечується задана надійність при тривалій роботі (не відбуівється пробій). 8 Температурний коефіцієнт ємності ТКС - відношення відносного змінення ємності при заданій напрузі до абсолютного змінення температури оточуючого середовища ТКС = ∆С/С∆Т (1/град.) В якості варикапів використовують кремнієві стабілітрони з напругою нижче ніж напруга стабілізації U ст , коли зворотний струм ще малий, а, отже, зворотний опір дуже великий. Застосування: Для електричної переналадки частоти коливальних контурів , у схемах підсилення та генерації НВЧ сигналів (параметричні діоди), для помноження частоти у широкому діапазоні частот (варактори) у діапазоні коротких (КВ), ультракоротких (УКВ) та дециметрових (ДЦВ), в схемах автоматики та інші.
Тунельні діоди - це НП діоди, в яких носії переходять через p - n – перехід внаслідок тунельного ефекту і на ВАХ яких є ділянка з негативним диференційним опором. Тунельний діод включається у прямому напрямку. Принцип дії базується на тунельному ефекті (Лео Єсакі, 1958 р.), який обумовлений хвильовими властивостями електрону. Явище, при якому електрони, які мають власну енергію менше ніж висота потенційного бар′єру p - n – переходу, все ж таки переходять через нього, якщо по той бік p - n – переходу є вільні енергетичні рівні з такою самою енергією (тобто проходять не змінюючи своєї енергії) називається тунельним ефектом. Тунельний ефект спостерігається у вироджених НП – це НП з дуже великою концентрацією домішок (у звичайних НП N = 1015 см-3, а у вироджених – до N = 1021 см-3), а їх властивості близькі до властивостей металів. Вірогідність тунельного переходу тим вище, чим менше ширина p - n – переходу і менше його потенційний бар'єр. Через велику кількість домішок в обох частинах НП ширина p - n – переходу дуже мала (d = 0,01 мкм), що в десятки разів менше, чим у діодів інших типів, тому тунельний ефект в них яскраво виражений і приводить до своєрідного вигляду ВАХ. Повний струм p - n – переходу при тунельному ефекті складає і = іт.пр - іт.зв. + ідиф. іт.пр – прямий тунельний струм; іт.зв – зворотний тунельний струм; ідиф– дифузійний струм; ідиф у вироджених НП менш на декілька порядків, ніж у звичайному p - n – переході. Основна характеристика тунельного діода – ВАХ (рис.2.19,а). Умовне позначення на схемі на рис.2.19, б.
Рис.12, а) б) Основна особливість ВАХ p-n – переходу – відсутність однобічної провідності р-n-переходу при тунельному ефекті (рис. ВАХ)- при подачі прямої напруги, що перевищує деяку напругу U1, прямий тунельний струм починає різко зменшуватися. А Б – робоча ділянка для тунельного діода. Структура тунельного діода – площинна. Основні методи виготовлення – сплавлення і дифузія. Основні матеріали – германій, арсенід галію. Переваги тунельного діода: 1 Дуже велика робоча частота f ≤ 1011 Гц. Це пояснюється тим, що тунельний перехід електронів відбувається практично миттєво за 10-13 с. 2 Тунельні діоди працюють у великому температурному діапазоні, так як Іт майже не залежить від температури. 3 Електрони проходячи крізь p-n перехід практично не втрачають енергію, тому перехід майже не нагрівається, а потужність, що споживається, у сотні разів менше, ніж у інших діодів. Основні параметри: 1 Піковий струм Іп - прямий струм в точці максимуму ВАХ. 2 Струм западини Із - прямий струм у точці мінімуму ВАХ. 3 Напруга піку Uп - пряма напруга, яка відповідає піковому струму. 4 Напруга западини Uз - пряма напруга, яка відповідає мінімальному струму. 5 Напруга розчину Uрр - пряма напруга на другій гільці при струмові, що дорівнює піковому. 6 Ємність діоду Сд - сумарна ємність переходу і корпусу діода при заданої напруги зміщення.
Рисунок 2.20 - Схема включення тунельного діода Застосування тунельного діода: у генераторах, підсилювачах НВЧ(надвеликих); переключаючих пристроях; електроних обчислювальних машинах(у схемах тригерів, запам′ятовуючих ячеєк , логічних елементах).
Фотодіод - це керований оптичним випромінюванням напівпровідниковий прилад з двома виводами, робота якого ґрунтується на використанні фотогальванічного ефекту в зворотно включеному електричному p-n –переході (перетворює світлову енергію в електричну) .
Рисунок 2.21 – Фотодіод: а – типова схема включення; б – осцилограма світлового потоку; в – осцилограма вихідних напруг Пристрій фотодіода аналогічно пристрою звичайного площинного напівпровідникового діода. Переваги: вища чутливість в порівнянні з електровакуумними фотоелементами і фоторезисторами. Коли фотодіод не освітлений, в ланцюзі проходить зворотний (темновий) струм невеликої величини (10-20 мкА для германієвих і 1-2 мкА для кремнієвих діодів), який залежить від освітленості. Фотодіод працює в двох режимах: - фотодіодному - режим роботи фотодіода із зовнішнім джерелом живлення без - вентильному – з зовнішнішнім джерелом. Основні характеристики фотодіоду: Вольтамперная характеристика Ід = f (Uд) при Ф = const (рис.2.22,а) Особливістю робочої області ВАХ є практично повна незалежність струму фотодіода від прикладеної напруги. Такий режим наступає при зворотних напругах на діоді порядка 1 В.
Рисунок 2.22 – Характеристики фотодіода: а- вольт-амперна; б – світлова; в – спектральна (1-германієвий фотодіод; 2-кремнієвий) Світлова характеристика зображає залежність струму фотодіода від величини світлового потоку при постійній напрузі на фотодіоді: Ід = f (Ф) при Uд = сопst. У широкому діапазоні змін світлового потоку світлова характеристика фотодіода є лінійною (рис.2.22, б). Спектральна характеристика показує залежність спектральної чутливості від довжини хвилі падаючого на фотодіод світла. Спектральні характеристики германієвих і кремнієвих фотодіодів показані на рис. 2.22, в. Параметри фотодіоду: Інтегральна чутливість S інт — Sінт = Ід /Ф. Робоча напруга UР — постійна напруга, прикладена до фотодіода, при якому забезпечуються номінальні параметри при тривалій його роботі в заданих експлуатаційних умовах. Темновий струм Iт — струм, що протікає через фотодіод при вказаній напрузі на ньому у відсутністі потоку випромінювання в діапазоні спектральної чутливості. Довговічність — мінімальний термін служби фотодіода за нормальних умов експлуатації. У РЕА фотодіоди використовують як швидкодіючі чутливі елементи оптичних приймачів та приймальних модулів волоконно – оптичних ліній зв'язку, як елементи оптопар, координатно – чутливі елементи автоматики, первинні перетворювачі освітленності. Усі фотодіоди можуть працювати я к генератори ЕРС. Світлодіодом називають випромінюючий напівпровідниковий прилад з одним електронно-дірчастим переходом, призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію некогерентного світлового випромінювання. Структура р-п перехіду – площина. Матеріал - карбід кремнію (SiС), галій (Gа), миш'як (Аз) і інші матеріали. У таких НП проходження через р-п перехід струму в прямому напрямі супроводжується некогерентним оптичним випромінюванням певного спектрального складу. Це явище використовується для створення світлодіодів, які іноді називають також люмінесцентними діодами. Залежно від ширини забороненої зони НП і особливостей рекомбінації носіїв заряду випромінювання може лежати в інфрачервоній, видимій або ультрафіолетовій частинах спектру. Найбільше поширення набули світлодіоди, випромінюючі жовте, червоне і зелене світло. Властивості і ефективність роботи світлодіодів характеризуються сукупністю електричних, світлових і експлуатаційних параметрів. Основні параметри: - максимально допустимий прямий струм Іпр. max , мА - порядка одиниць - десятків міліампер; - яскравість свічення діода В (кд/м2) при максимально допустимому прямому струмі Іпр. max , мА . - постійна пряма напруга U пр при максимально допустимому струмі, В - для більшості світлодіодів не перевищує декількох вольт; - повна потужність випромінювання Рповн, мВт - частки мілліватта; - максимально допустима зворотна напруга U зв. max , В. - ширина діаграми спрямованості світлового випромінювання. Маса приладу не перевищує декількох часток грама; температурний діапазон - 60 °С. .+ 70°С. Характеристики світлодіодів : спектральна і характеристика направленості. Спектральна є залежністю відносної потужності випромінювання Р/ Рповн від довжини випромінюваної хвилі при певній температурі середовища. Характеристика направленості визначає величину інтенсивності світлового випромінювання залежно від напряму випромінювання. На рис. 2.23 показані габаритні розміри, спектральна характеристика і характеристика направленості світлового випромінювання світлодіодів типу АЛ301 (А, Б).
Рисунок 2.23 – Світлодіод типу АЛ301(А,Б): а- габарити; б – спектральна характеристика; в – характеристика направленості
Тема 2.4 Транзистори Транзистори - це напівпровідникові прилади, які мають один чи декілька p-n переходів, призначені для підсилення потужності сигналів і мають 3 і більш виводів. За принципом дії транзистори поділяються на: - біполярні - НП прилади в яких використовуються носії зарядів обох знаків (електроні і дірки), мають 2p-n – переходи, керуються струмом. - уніполярні (польові) – використовують носії зарядів одного знака, керуються електричним полем; - одноперехідні (двобазовий діод); фототранзистори – керуються світлом.
Біполярні транзистори – мають три зони провідності, які утворюють два p - n- переходи. Ці області називають: емітерна (джерело носіїв заряду), база (має властивість керувати цими зарядами) і колекторна (збирає носії заряду). Відповідно, кожна має з областей має свій вивід, який маркується: К - колектор; Б - база; Е - емітер. Залежно від типу вільних носіїв заряду в цих областях, транзистори поділяються за типом на p - n - p та n - p - n.
Рисунок 2.25 – Біплярний транзистор: p- n - p - типу – структура (а), схемне зображення (б); n- p- n- типу – структура (в), схемне зображення (г). Наявність p - n - переходів визначає два стани транзистора: відкритий і закритий. У відкритому транзисторі струм проходить від емітера до колектора. Для цього в транзисторі типу p - n - p (рис.2.25,а) до кожного p - n –переходу потрібно прикласти напругу певної полярності, а саме: між емітером і базою – в прямому напрямку, тобто до емітера «+», а до бази «-»; між колектором і базою – в зворотному напрямку – до колектора «-», до бази - «+». Для транзисторів n - p - n- типу полярність протилежна (рис.2.25,в). За наявності прикладених напруг вільні заряди із зони емітера переходять у зону бази, де частина їх рекомбінує. За рахунок того, що область бази є невеликою (декілька мікронів), то більшість цих носіїв потрапляють під дією напруги U БК i переходять в область колектора. Таким чином, уворюються струми емітера ІЕ, бази ІБ та колектора ІК (рис.2.26), які підпорядковані першому закону Кірхгофа ІЕ =ІК + ІБ, а зв'язок з вихідним і вхідним струмами визначається коефіцієнтом пересилання за струмом: α = ∆ ІК / ∆ ІЕ = Кі U КБ = const.
Рисунок 2.26 – Проходження струмів транзистора у відкритому стані
Таке увімкнення називають із спільною базою (рис.2.27,а) але враховуючи, що ІБ є незначним, практично приймають ІЕ =ІК , то в такій схемі Кі <1, тому трназистор доцільно вмикати за схемою зі спільним емітером (рис.2.27, б).
а) б) в) Рисунок 2.27 – Схеми вмикання транзистора: із спільною базою (а), із спільним емітером (б), із спільним колектором (в) Оскільки струм ІБ є вхідним струмом і незначним за величиною, то така схема забезпечує значне підсилення приросту струму в порівнянні зі схемою зі спільною базою КІСЕ = ∆ІК / ∆ІБ = β = h 21 E , при U КЕ = const . h 21 E – h – параметр для схеми зі СЕ. β ≈ 50, а враховуючи, що К U СЕ ≥ 100, отримуємо значний коефіцієнт за потужністю КРСЕ = КІСЕ ∙ К U СЕ . Завдяки цій підсилювальній властивості транзистори знайшли широке застосування в схемах підсилення електричних сигналів. Статичні характеристики БТ – це залежності між струмами та напругами на вході та виході БТ. Статичними називають тому, бо один з параметрів залишається постійним. Використовують 2 види статичних характеристик: - вхідні Івх = f(Uвх) при Uвх = const; - вихідні Івих = f(Uвих) при Івх = const.
а) б) Рисунок 2.28 – Вхідні (а) та вихідні б) характеристики p- n - p транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером
До основних параметрів БТ відносять: UE К – напруга між емітером і колектором, величина якї може привести до пробою колекторного p - n - переходу; ІК – величина струму колектора, яка визначає нагрівання колекторного p - n – переходу; РК – потужність розсіювання колекторного p - n – переходу, що впливає на його нагрівання. Тому під час вибору транзисторів, ці розрахункові величини порівнюють з допустимими значеннями, поданими в паспортних даних для кожного з типів транзисторів: UE К ≤ UE Кдоп; ІК – ≤ ІКдоп; РК ≤ РКмакс. До параметрів транзистора відносять також граничну частоту fгр, на якій передатний коефіцієнт за струмом h 21Е дорівнює одиниці. Сучасні БТ, що випускаються промисловістю, поділяють за потужністю, основні параметри яких подано в табл.1.
Таблиця 2.1 – Параметри біполярних транзисторів
Польові транзистори (уніполярні) – НП прилади, у яких для утворення струму транзистора використовуються носії заряду тільки одного типу (дірки або електрони). Основною їх ознакою є відсутність на шляху проходження струму p-n-переходів (рис.22), а область, по якій проходить струм називається каналом. Канал має два виводи: витік (В) – звідки рухаються вільні носії зарядів і стік (С) – куди ці заряди стікаються. Третій вивід, який виходить із області напівпровідника протилежного каналу типу провідності, називають затвором (З), що використовується для регулювання площі перетину каналу. Залежно від типу провідності каналу вони поділяються на транзистори з р-каналом або n-каналом, чим визначається полярність прикладеної напруги (рис.2.29).
Рисунок 2.29 – Польовий транзистор з n- каналом: а) структура; б) робочий режим Під дією напруги U СВ вільні носії заряду утворюють в каналі (центральній частині транзистора) струм, величину якого можна регулювати напругою U ВЗ, при сталій напрузі U СВ. Залежність між струмом і напругою виходу для певної схеми ввімкнення транзистора називають вихідною характеристикою транзистора. Переважно це сімейство характеристик для фіксованих значень вхідної величини. На рис.2.30 подано вихідні характеристики ІС = f (U СВ) при U ВЗ = const для польового транзистора з n-каналом (рис.2.31,а), увімкненого за схемою зі спільним витоком.
Рисунок 2.30 – Польовий транзистор з n-каналом: а) – схема увімкнення із спільним витоком; б) – вихідна характеристика Сучасні польові транзистори виконуються з ізольованим від каналу затвором. Введення шару діелектрика зменшує струм спливу. Такі транзистори називають МДН (метал-діелектрик-напівпровідник) або МОН (метал-окисел-напівпровідник), які широко використовуються в інтегральних схемах. Схемні позначення таких транзисторів зображено на рис.24.
Рисунок 2.31 – Схемні позначення польових транзисторів: з р-каналом (а); з n-каналом (б); з ізольованим затвором з вбудованим n-каналом (в) та р-каналом (г); з ізольованим затвором з індукованим n-каналом (д) та р-каналом (е) Використання ізоляційного прошарку забезпечило розширення діапазону основних параметрів транзисторів (табл.) Вибір польових транзисторів здійснюється за такими величинами: напругою стік-витік (U СВ ≤ U СВдоп); потужністю стоку (РС ≤ РСдоп); струмом стоку (ІС ≤ ІСдоп). Допустимі значення цих величин подано в табл. Таблиця 2.2 – Параметри польових транзисторів
Тиристори – напівпровідниковий елемент з трьома переходами та трьома виводами, один з яких, крім анода та катода, називають керувальним (рис.2.32). Використовуються тиристори і з двома виводами (динистори), але відсутність керувального електрода обмежує область використання. Тому, найчастіше використовуються тріодні тиристори (тринистори), що мають ширші функціональні можливості.
Рисунок 2.32 – Тиристор: структура (а); схемне зображення (б); вольт-амперна характеристика (в); схема включення (г)
Приклади до розділу
Задача 2.1. Користуючись ВАХ діода типу Д101, яка зображена на рис.а, визначити при Т=200С диференційний опір R диф , якщо Іпр1 = 0,5 мА і Іпр2 = 1,5 мА. Розв'язання: Із ВАХ знаходимо, що при Іпр1 = 0,5 мА пряма напруга U пр1 = 1 В; при Іпр2 = 1,5 мА пряма напруга U пр2 = 1,5 В. За законом Ома R диф = ∆ U пр /∆ Іпр, де ∆ U пр = U пр2 - U пр1 = 1,5 – 1 = 0,5 В; ∆ Іпр = Іпр2 - Іпр1 = 1,5 – 0,5= 1 мА; отже, R диф = 0,5 / 1 = 0,5 Ом. Задача 2.2. Вибрати тип діода для електротехнічного пристою, щоб забезпечити струм у навантаженні І = 0,27 А. Напргуа, що прикладається до діода у закритому стані U = 40 В.
Розв'язання:Основними параметрами, за якими вибирають діод є І пр.доп та U зв.доп , тому для вибору типу діода (див.Додатки) необхідно, щоб допустимий прямий струм діода був більший за струм навантаження І пр.доп ≥ І, а допустима зворотна напруга перевищувала напругу, прикладену до діода у закритому стані U зв.доп ≥ U. Як видно, таким умовам задовольняє діод типу Д7А, І пр.доп = 0,3 А; U зв.доп = 50 В. Запитання до самоперевірки 1 Для чого призначені випрямні діоди? 2 Як включаються випрямні діоди для отримання більш високої зворотної напруги? 3 Як включаються випрямні діоди для збільшення допустимого прямого струму? 4 Які види пробою характерні для НП діодів? 5 Які основні параметри випрямних діодів? 6 Чи можуть стабілітрони працювати в режимі теплового пробою? 7 За якими параметрами вибирається стабілітрон? 8 Які вимоги пред'являються до високочастотних діодів? Вкажіть правильну відповідь: - висока зворотна напруга; - діод повинен бути площинним; - діод повинен мати мінімальну ємкість; - велика ділянка насичення в області зворотної напруги; - велика потужність розсіювання. 9 Які основні параметри імпульсних діодів? 10 Вкажіть основну характеристику варикапа: - Іпр = f ( U пр ); - C б = f ( U зв ); - Сдиф = f ( U пр ); - U зв = f ( С б ). 11 В яких електронних схемах використовуються тунельні діоди? Вкажіть правильну відповідь: - в схемах генераторів; - в схемах випрямлячів; - для настройки коливальних контурів; - в схемах підсилювачів; - в перемикаючих схемах. 12 Чи можна використовувати властивості фотодіода, якщо до нього підведена пряма напруга? 13 Як працює фотодіод у вентильному режимі? 14 Поясните механізм роботи світлодіодів. 15 Вкажіть можливості застосування світлодіодів. 16 Пояснити роботу біполярного транзистора. 17 За якими величинами вибирають тип транзистора? 18 У чому полягає відмінність між БТ і ПТ? 19 У чому особливість МДН і МОН-транзисторів? 20 Поясніть роботу тиристора.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-11; Просмотров: 509; Нарушение авторского права страницы
Для отримання більш високої зворотної напруги діоди включають послідовно (рис.2.9,б). При такому з'єднанні напруга розподіляється між всіма діодами. Для вирівнювання зворотних опорів діодів паралельно включенні Rдод (100 кОм).
Рисунок 2.10 – ВАХ стабілітрона 
Рисунок 2.15
Рисунок 2.16
Рисунок 2.24 – Умовні позначення фотодіода (а) і світлодіода (б)
На рис.21 подано вхідні ІБ = f(UБЕ), при U КЕ = const і вихідні ІК = f(UКЕ), при ІБ = const характеристики для транзистора типу p - n - p , увімкненого за схемою зі спільним емітером. Характеристики транзистора використовують для вибору робочої точки в схемах підсилювачів сигналів.
г)