И. Хабловски, В. Скулимовски

И. Хабловски, В. Скулимовски

Электроника в вопросах и ответах

 

Pirat"Радио и связь"; Москва; 1984

 

Аннотация

 

В книге популярно в форме вопросов и ответов объясняются физические основы электроники, электронные компоненты и схемы, особенности их применения. Удачно сочетается широта тематики – от дискретных полупроводниковых приборов до интегральных микросхем с простотой и наглядностью изложения материала.

Для широкого круга читателей.

 

Хабловски И., Скулимовски В.

«Электроника в вопросах и ответах»

 

Предисловие к русскому изданию

 

 

 

В современной науке и технике исключительная роль принадлежит одной из быстро развивающихся областей – электронике. Она в значительной степени определяет совершенство технических средств вычислительной техники, радиоэлектроники, систем управления, передачи и обработки информации.

Особенностью современной электроники является быстрое внедрение новейших достижений в различные области народного хозяйства. Сегодня трудно найти область науки, техники, народного хозяйства, где бы изделия электроники не применялись. Появление интегральных микросхем, БИС и микропроцессоров позволяет значительно повысить надежность радиоэлектронных устройств и снизить их габаритные размеры и массу.

В процессе проектирования и создания различных радиотехнических устройств и систем приходится не только учитывать основные характеристики электронных приборов и их конструкцию, но и глубоко понимать физические основы работы, технологию изготовления, уметь сравнивать электронные приборы по их характеристикам и параметрам при выборе оптимальных схемотехнических решений.

Предлагаемая читателю книга представляет собой небольшую популярную энциклопедию, в которой в форме вопросов и ответов, а их более 500, приведены сведения о многих применяемых сегодня электронных приборах. Необходимо отметить, что понятие «электроника» в иностранной литературе значительно шире, поэтому некоторые вопросы можно отнести к радиотехнике, радиоэлектронике, вычислительной и измерительной технике.

Достоинством книги является и то, что, не приводя конкретных данных по схемным решениям, авторы книги показали эволюцию развития электроники – переход от ламповых схем к полупроводниковым приборам, а затем и к интегральным микросхемам. Они проделали большую работу по систематизации и отбору материала; в простоте изложения многих вопросов не теряется их научность.

Графический материал книги приведен в основном в соответствии с действующими в нашей стране стандартами. Некоторые дополнительные сведения, поясняющие изложение, даны в примечаниях и сносках. К сожалению, отдельные вопросы электроники, связанные с акустоэлектроникой, квантовой и СВЧ электроникой, не нашли отражения в этой книге.

Хочется надеяться, дорогой читатель, что в этой книге Вы найдете ответы на интересующие Вас вопросы.

Замечания и пожелания можно присылать по адресу: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио и связь», редакция литературы по электронной технике.

Канд. техн. наук В. И. Котиков  

 

Глава 1

Что такое электроника?

 

Это область науки и техники, занимающаяся использованием явлений, связанных с движением заряженных частиц в вакууме, газах и твердых телах. Электроника включает в себя изучение физических процессов, разработку конструкций и технологию изготовления электронных приборов (ламп, транзисторов, интегральных микросхем), а также устройств, в которых эти приборы применяют.

 

Какова структура атома?

 

Строение атома можно представить с помощью плоской модели (рис. 1.1), являющейся упрощением пространственной модели атома, разработанной Бором в 1913 г. В такой модели атом состоит из ядра и некоторого числа электронов, вращающихся вокруг ядра по определенным орбитам. Ядро имеет относительно большую массу и положительный заряд, электрон – малую массу и отрицательный заряд. Положительный заряд ядра и отрицательный заряд всех вращающихся вокруг этого ядра электронов находятся в равновесии, и изолированный атом в нормальном состоянии электрически нейтрален. Суммарный заряд электронов в атоме определяется атомным числом элемента. Орбиты, по которым вращаются электроны, называемые орбитами или оболочками, точно определены, и ни один электрон в атоме не может вращаться и пространстве между оболочками. Оболочки обозначают последовательно, начиная от ядра, буквами K, L, M, N, …. Оболочка К может содержать до двух электронов, L – до 8, M до 18 и т. д. На каждой следующей могут находиться электроны лишь в том случае, если предыдущие оболочки заполнены. Только последняя, внешняя, так называемая валентная оболочка, может быть не заполнена. Находящиеся на ней электроны называют валентными.

 

 

Рис 1.1. Плоская модель атома кремния

 

Валентная оболочка определяет химические свойства элемента. Ядро вместе с заполненными, оболочками образует постоянную часть атома, не подвергающуюся изменениям в химических процессах при изменениях температуры и протекании тока. С каждой оболочкой связана определенная энергия вращающихся на ней электронов. Чем дальше от ядра находится электрон, тем больше его энергия. Наибольшей энергией обладают валентные электроны.

Сообщая электронам энергию извне (температура, излучение), можно вызвать их переходы на оболочки с более высокими энергетическими уровнями. Атом с электронами, находящимися на более высоких энергетических уровнях, называется возбужденным атомом. Такое состояние является неустойчивым – электрон, возвращаясь на низший энергетический уровень, отдает приобретенную энергию в виде кванта энергии излучения. Определенная доза подводимой извне энергии может сделать электрон независимым от сил притяжения ядра. Атом, лишенный электрона, называется положительным ионом. Процесс возникновения ионов называется ионизацией. Существует обратное явление – соединение нона с электроном, называемое рекомбинацией.

 

Что такое твердое тело?

 

Это тело, в котором атомы или частицы образуют пространственную упорядоченную систему, называемую кристаллической решеткой, и удерживаются в этой системе благодаря силам взаимодействия. С точки зрения электропроводности твердые тела делятся на проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики (изоляторы).

 

Что такое проводник?

 

Это твердое тело (металл), проводящее электрический ток по принципу движения свободных электронов. С ростом температуры проводимость металлов убывает, а при очень низких температурах (близких к 0 К) становится очень большой (сверхпроводимость).

По структуре кристаллической решетки и диаграмме энергетических уровней проводник является телом, в котором зоны проводимости и валентная перекрываются (рис. 1.4).

 

 

Рис. 1.4. Зонная модель проводника

 

Благодаря этому в кристаллической решетке существует высокая концентрация электронов, образующих так называемый электронный газ, который может свободно перемещаться в объеме металла под воздействием внешнего электрического поля.

Хорошими проводниками электрического тока являются медь, серебро, золото. Медь нашла широкое применение в виде проводников или соединений на печатных платах. Серебро, а особенно золото, из‑за высокой стоимости используют значительно реже.

Основным параметром, определяющим проводник, является его электрическое сопротивление, выражающееся отношением падения напряжения на проводнике к протекающему по нему току. Хороший проводник оказывает малое сопротивление протеканию тока.

Электрическое сопротивление – параметр, зависящий от температуры.

 

Что такое диэлектрик?

 

Это тело, не проводящее электрический ток. Внутренняя структура диэлектрика (или изолятора) характеризуется полностью заполненной электронами валентной зоной и незаполненной зоной проводимости. Между зонами располагается широкая запрещенная зона (рис. 1.5), так что при нормальных условиях электроны не могут переходить из валентной зоны в зону проводимости. Из‑за отсутствия электронов в зоне проводимости диэлектрик не может проводить ток.

 

 

Pиc. 1.5. Зонная модель диэлектрика

 

Диэлектрики широко применяют в электронике. Они служат основным материалом в производстве конденсаторов (слюда, керамика, стекло, пленка, бумага и различные окислы, например, тантала). Диэлектрики используют в качестве изоляционного материала для покрытия проводов (изоляционная эмаль), изготовления каркасов катушек индуктивности (бакелит, керамика) и трансформаторов.

Свойства диэлектрика характеризуются диэлектрической проницаемостью, потерями, теплостойкостью, гигроскопичностью. Потери являются частотно‑зависимым параметром.

 

Что такое полупроводник?

 

Это тело, свойства которого, если речь идет о протекании тока могут подвергаться изменению в зависимости от условий. Протекание тока в полупроводнике может происходить на основе движения отрицательных (электронов) и положительных зарядов. Проводимость полупроводников увеличивается с ростом температуры. При очень низких температурах полупроводники ведут себя, как диэлектрики.

Свойства полупроводника можно проиллюстрировать зонной моделью (рис. 1.6).

 

 

Рис. 1.6.  Зонная модель полупроводника

 

В полупроводнике, как и в диэлектрике, между незаполненной зоной проводимости и полностью заполненной валентной зоной имеется запрещенная зона. Однако она относительно узка (меньше 2 эВ). При определенном, достаточно небольшом энергетическом возбуждении (тепловом или под влиянием электрического поля) некоторые электроны из валентной зоны могут переходить в зону проводимости. При этом в валентной зоне появятся вакантные уровни. Атом, у которого электрон перешел в зону проводимости, превращается в положительный нон. Недостающий электрон у такого атома может быть восполнен соседним атомом, который в свою очередь становятся положительным ионом, при этом положительный ион как бы перемещается в объеме валентной зоны. Такой подвижный положительный ион называется дыркой. Электрический ток в полупроводнике связан с движением дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, причем дырочный и электронный токи равны, так как освобождение одного электрона вызывает одновременно возникновение одной дырки. Полупроводник с такими свойствами называется собственным.

На рис. 1.7 показаны плоские модели кристаллической решетки собственного полупроводника, в котором, как легко заметить, имеется определенная симметрия структуры: любой атом полупроводника имеет на внешней оболочке четыре собственных электрона и связан с четырьмя электронами четырех соседних атомов. Аналогичную структуру может иметь изолятор (например, алмаз) с той лишь разницей, что в полупроводнике, как уже подчеркивалось, некоторые электроны могут при комнатной температуре переходить из валентной зоны в зону проводимости.

 

 

Рис. 1.7. Плоские модели (а и б) кристаллической решетки собственно полупроводника

 

Что определяет закон Ома?

 

Закон Ома определяет зависимость между током и напряжением в цепи. Он гласит, что ток I, протекающий в цепи, пропорционален напряжению U и обратно пропорционален электрическому сопротивлению R, находящемуся в данной цепи.

Математически закон Ома выражается зависимостью

I = U / R, U = R · I или R = U / I.

При использовании этой зависимости следует помнить о размерности используемых единиц. Так, если ток выражается в амперах, а напряжение в вольтах, то сопротивление получаем в омах.

 

Глава 2

Что такое звуковые волны?

 

Это возмущения, распространяющиеся в материальной среде, в основном в воздухе, и связанные с колебаниями частиц этой среды. Звуковые волны охватывают диапазон частот от 10–20 Гц (низкие звуки – басы) до 20 кГц (высокие звуки) и распространяются в воздухе со скоростью около 340 м/с. Это не электромагнитные волны, однако при использовании соответствующих преобразователей (микрофонов) звуковые волны легко удается преобразовать в электромагнитные волны той же частоты.

Электрический сигнал, соответствующий речи и музыке, называется акустическим сигналом или сигналом низкой частоты. Его можно усиливать, преобразовывать и передавать на большие расстояния, что невозможно осуществить при непосредственном использовании звуковых волн. Для преобразования электрического сигнала низкой частоты в звуковые волны применяют преобразователи, называемые громкоговорителями. В общем случае электрический сигнал, соответствующий звукам речи и музыки, не является периодическим сигналом и имеет нерегулярную форму.

Область науки и техники, занимающихся преобразованием акустической энергии в электрическую и обратно; а также передачей акустических сигналов, называется электроакустикой.

 

Резистор как элемент схемы

 

Резистор – элемент схемы, вносящий в цепь определенное постоянное или переменное (регулируемое) сопротивление. Элементы с постоянным сопротивлением чаще всего изготавливают в виде проволочных и пленочных резисторов. Проволочные резисторы выполняют путем навивки провода с высоким сопротивлением на керамический корпус, а пленочные – посредством напыления соответствующих металлических сплавов на керамические столбики (цилиндрики) или трубки. Резистор (рис. 2.3) характеризуют в основном следующие параметры: сопротивление и его допуск; допустимая мощность (рассеяния).

 

 

Рис. 2.3. Графическое изображение постоянного (а) и переменного (б) резисторов

 

Основной единицей сопротивления является ом (Ом]. Часто используется в тысячу раз большая единица, называемая килоомом [кОм] и в миллион раз большая – мегом [МОм]. В электронике используют резисторы с сопротивлениями от нескольких ом до нескольких десятков мегом.

В СССР и ПНР в крупносерийном производстве находятся резисторы с допусками на номинальное значение ±30, ±20, ±10, ±5 % и менее. Для каждого допуска существует подобранный ряд номинальных сопротивлений. Так, для допуска ± 20 % выпускают резисторы с сопротивлениями 10, 15, 22, 33, 47, 68 Ом и сопротивлениями, полученными путем умножения этих номиналов на 0,1, 10, 100, 1000 и более. Для допусков ± 10 % ряд номинальных сопротивлений в 2 раза больше.

Аналогично стандартизованы номинальные значения максимально допустимой мощности резисторов, связанные с допустимой рабочей температурой. Различают резисторы, для которых максимальная выделяющаяся мощность при температуре окружающей среды 20 °C может иметь значения: 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, 3 Вт и более. Выделяющаяся мощность в резисторе, работающем в цепи, рассматривается обычно по току, протекающему в ней (Р = I 2 R). В случае, если в цепи течет только переменный ток, учитывается его действующее значение, а при протекании постоянного и переменного тока значение тока, требующееся для определения мощности, выделяемой в резисторе в виде тепла, определяют с учетом постоянной составляющей тока и действующего значения переменной составляющей[5]. Допустимое значение тока при определенной мощности резистора при заданной температуре окружающей среды можно рассчитать по закону Ома.

Помимо резисторов с постоянным сопротивлением существуют переменные или регулируемые резисторы (потенциометры). Они допускают плавную регулировку сопротивления путем вращения оси, связанном с движком, скользящим по поверхности, покрытой резистивным слоем. Изменения сопротивления в зависимости от угла поворота могут происходить по линейному, логарифмическому или экспоненциальному закону. Переменные, так же как и постоянные, резисторы могут быть выполнены проволочными или пленочными.

Реальные резисторы помимо чисто активного сопротивления обладают также некоторой собственной емкостью и индуктивностью, которые образуют паразитные реактивности. Особенно это относится к проволочным элементам. Во многих случаях применения существование реактивностей крайне нежелательно.

Определение результирующего сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов поясняется на рис. 2.4.

 

 

Рис. 2.4. Определение результирующего сопротивления при последовательном (а) и параллельном (б) соединении резисторов

 

Глава 3

ДИОДЫ

 

Что такое диод?

 

Диод – простой электронный прибор с двумя электродами, имеющий несимметричную характеристику выходного тока, протекающего через него и зависящего от входного напряжения (амплитуды и полярности) (рис. 3.1).

 

 

Рис. 3.1. Условные графические обозначения полупроводникового (а), вакуумного (б) диодов и вольт амперная характеристика диода (в)

 

Такая характеристика позволяет использовать диод во многих электронных устройствах в качестве элемента, который легко пропускает ток в одном направлении и почти не пропускает в противоположном, в частности для выпрямления переменных и детектирования модулированных колебаний и т. п.

Различают полупроводниковые и ламповые диоды. Полупроводниковый диод работает на принципе использования свойств р‑n перехода, возникающего при соединении полупроводников n ‑ и р ‑типов.

 

Что такое плоскостной диод?

 

Плоскостной диод (или иначе диод с р‑n переходом) – полупроводниковый прибор, образованный р‑n переходом с двумя металлическими контактами (выводами), присоединенными к р ‑ и n ‑областям (рис. 3.2, а) и хорошо проводящими электрический ток (омические контакты). Контакты выводятся наружу из корпуса диода и называются анодом и катодом (рис. 3.2, б). Графическое изображение полупроводникового диода и способы обозначения катода показаны на рис. 3.2, в.

 

 

Рис. 3.2. Графические изображения для р‑n перехода диода (а), его выводов (б) и других полупроводниковых диодов (в)

 

Какие явления происходят в р‑n переходе без смещения?

 

Полупроводники р и n, образующие переход, отличаются типом основных носителей и их концентрацией. В области p ‑типа акцепторные примеси увеличивают концентрацию дырок, а в области n ‑типа донорные примеси обеспечивают преимущественную концентрацию электронов (рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.3. Явления в р‑n переходе:

а – начальное состояние p‑ и n‑ слоев; б – распределение зарядов в р‑n переходе перед установлением равновесного состояния; в – распределение объемных зарядов в р‑n переходе в равновесном состоянии; г – распределение потенциала; д – направления движения неосновных носителей через переход

 

Соединение полупроводников обоих типов с разной концентрацией вызывает протекание (диффузию) основных носителей через переход: дырки из p‑области переходят в n ‑область, а электроны из n ‑области диффундируют в р ‑область. На большом расстоянии от перехода происходит рекомбинация (повторное соединение) дырок и электронов, в то же время вблизи перехода в полупроводнике n ‑типа наблюдается избыток положительных зарядов, образованных неподвижными положительными ионами доноров, а в полупроводнике р ‑типа – избыток отрицательных зарядов, образованных неподвижными отрицательными ионами акцепторов. В результате вблизи перехода возникает пространственный заряд ионов, создающий электрическое поле на переходе и вызывающий появление потенциального барьера, который препятствует дальнейшему протеканию основных носителей после достижения состояния равновесия. При этом состоянии n ‑область заряжена положительно относительно p‑области. Существующий в переходе запирающий слой делает невозможным протекание основных носителей заряда, однако не препятствует протеканию через переход в противоположном направлении неосновных носителей, т. е дырок из n ‑ в р ‑ и электронов из р ‑ в n ‑область.

 

Какие явления происходят в р‑n переходе при подаче смещения?

 

К р‑n переходу можно подвести внешнее напряжение от источника постоянного тока. В результате получают переход со смещением. Имеются две возможности смещения, которые зависят от полярности подключения источника к переходу. На рис. 3.4, а показан переход, смещенный в проводящем направлении. В этом случае источник действует таким образом, что положительный полюс «вытягивает» электроны из полупроводника p ‑типа во внешнюю цепь и «отталкивает» дырки, тогда как отрицательный полюс поставляет электроны в полупроводник n ‑типа и притягивает дырки. В связи с этим в полупроводнике происходит перемещение (диффузия) основных носителей: дырок из р ‑области в n ‑область и электронов из n ‑области в p ‑область. Ток, протекающий в цепи в результате диффузии основных носителей, называют диффузионным током. Следовательно, действие внешнего источника таково, что в результате увеличения числа основных носителей вблизи перехода оно нейтрализует пространственный заряд в запирающем слое, т. е. уменьшает ширину этого слоя и снижает потенциальный барьер, который до подключения источника препятствовал протеканию основных носителей заряда в полупроводнике после достижения равновесного состояния. Уменьшение потенциального барьера приводит к дальнейшему росту числа основных носителей, диффундирующих через переход.

 

 

Рис. 3.4. р‑n переход, смещенный в прямом (а) и обратном (б) направлениях

 

Независимо от движения основных носителей в р‑n переходе существует также перемещение неосновных носителей в противоположном направлении. Ток, протекающий в цепи в результате движения неосновных носителей заряда, называют обратным током (или тепловым). При смещении в проводящем направлении диффузионный ток значительно больше, чем обратный.

При подключении источника противоположной полярности (рис. 3.4, б) переход смещается в обратном направлении. В этом случае дырки, находящиеся в области n ‑типа, движутся в направлении отрицательного полюса батареи через полупроводник p ‑типа, а электроны из полупроводника р ‑типа – в направлении положительного полюса батареи через полупроводник n ‑типа. Это движение неосновных носителей. Такое смещение вызывает расширение запирающего слоя и повышение потенциального барьера для основных носителей. При такой ситуации протекание основных носителей становится полностью невозможным, и во внешней цепи протекает лишь относительно малый обратный ток.

 

Что такое точечный диод?

 

Это полупроводниковый диод, в котором вместо плоской конструкции используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника типа n или р, образующей один электрод, и металлического проводника в виде острия, являющегося другим электродом. При сплавлении острия с пластинкой образуется микропереход. Характеристика точечного диода представлена на рис. 3.6. По сравнению с плоскостным диодом падение напряжения на точечном диоде в прямом направлении очень мало (малое сопротивление).

Ток в обратном направлении значительно меняется в зависимости от напряжения. Точечные диоды обладают малой межэлектродной емкостью и часто используются для выпрямления малых токов высокой частоты.

 

 

Рис 3.6. Вольт‑амперная характеристика точечного диода

 

Что такое диод Шотки?

 

Это плоскостной полупроводниковый диод с переходом металл‑полупроводник вместо р‑n перехода. Проводимость диода основывается на протекании основных носителей в отличие от р‑n переходов, в которых ток в проводящем направлении возникает в связи с движением неосновных носителей заряда. При использовании полупроводника n ‑типа основными носителями являются электроны, протекающие в слой металла. По сравнению с точечным диодом диод Шотки (рис. 3.7) имеет более крутую характеристику в области малых напряжений в прямом направлении, значительно меньший обратный ток, меньший разброс параметров, большую надежность и высокую устойчивость к ударам, а также меньшее сопротивление в прямом направлении, но несколько большую паразитную емкость.

Кроме того, диод Шотки обладает малой инерционностью, что делает его пригодным для работы в качестве переключателя и в диапазоне высоких частот. Малая инерционность является следствием того, что накопленный в переходе металл – полупроводник заряд очень мал по сравнению с зарядом, который накапливается n плоскостном диоде с р‑n переходом в режиме проводимости.

Диоды Шотки часто применяют в детекторах и смесителях в диапазоне частот вплоть до 2000 ГГц.

 

 

Рис. 3.7.  Вольт‑амперные характеристики диода Шотки (кривая 1) и точечного диода (кривая 2)

 

Что такое идеальный диод?

 

Идеальным диодом называют обычно диод с характеристикой, представленной на рис. 3.9. Резкий излом характеристики, состоящей из двух прямых отрезков, наблюдается при напряжении, равном нулю. С точки зрения эквивалентной схемы такой диод представляется нулевым сопротивлением в прямом направлении и бесконечно большим сопротивлением в обратном направлении. В некоторых применениях, например при детектировании, почти идеальным считается диод с прямолинейной характеристикой, представленной пунктирной линией на рис. 3.9.

 

 

Рас. 3.9. Вольт‑амперная характеристика идеального диода

 

Такой диод при работе в прямом направлении аналогичен постоянному сопротивлению малого значения. В эквивалентной схеме идеального диода отсутствуют паразитные емкость и индуктивность, поэтому работа такого диода не зависит от частоты.

Характеристики реальных диодов (см. рис. 3.8) отличаются от характеристики идеального диода. Они обладают большой нелинейностью и большим изменением сопротивления, особенно в диапазоне малых напряжений в прямом направлении, и не имеют резкого излома характеристики при нулевом напряжении. Кроме того, в эквивалентной схеме реального диода следует учесть емкость между электродами, а для более высоких частот и паразитную индуктивность. В некоторых применениях существенна также инерционность диода в процессе переключения из прямого на обратное направление.

Свойства реального диода зависят не только от конструкции, но и от материала полупроводника. Лучшие свойства имеют диоды, у которых в качестве полупроводника применен кремний. При одной и той же конструкции кремниевые диоды отличаются меньшим обратным током, большим обратным напряжением, большей крутизной характеристики в прямом направлении и, что особенно существенно, большей допустимой температурой перехода (примерно до 170 °C), что позволяет работать при большей рассеиваемой мощности.

 

Что такое туннельный диод?

 

Это полупроводниковый диод, в котором благодаря использованию высокой концентрации примесей возникает очень узкий барьер и наблюдается туннельный механизм переноса зарядов через р‑n переход. Характеристика туннельного диода (рис. 3.11) имеет область отрицательного сопротивления 1, т. е. область, в которой положительному приращению напряжения соответствует отрицательное приращение тока. В таком диоде прохождение электронов через область барьера наблюдается при обратном смещении и даже при небольшом смещении в проводящем направлении, при котором имеет место максимум тока.

 

 

Рис. 3.11. Характеристика туннельного диода

 

Дальнейшее увеличение напряжения смещения вызывает такое уменьшение электрического ноля в барьере, что прохождение электронов через область барьера прекращается. Одновременно по мере роста напряжения возрастает «нормальный» ток диода, смещенного в прямом направлении. Название «туннельный» вытекает из более подробного рассмотрения сложных явлений в переходе, которое предполагает, что электроны, будучи не в состоянии пройти нормальным способом над потенциальным барьером, проходят под барьером, как бы через туннель.

Туннельный диод, называемый иногда диодом Есаки, используется в электронных устройствах в качестве элемента с отрицательным сопротивлением.

 

Что такое варакторный диод?

 

Это полупроводниковый диод с р‑n переходом, изготовленный по специальной технологии, в котором имеет место нелинейная зависимость емкости запертого р‑n перехода от приложенного к диоду обратного напряжения. Емкость диода зависит от ширины запирающего слоя, который в этом случае можно трактовать как диэлектрик конденсатора. Обкладками конденсатора служат прилегающие к запирающему слою области полупроводника. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении, возрастает, то емкость диода уменьшается. Для типичного диода в интервале отрицательных напряжений от нескольких десятков вольт до нуля емкость изменяется от 10 до 200 пФ (рис. 3.12).

 

 

Рис. 3.12. Условное графическое обозначение варакторного диода (а) и характеристика изменения емкости (б)

 

Варакторные диоды, называемые также емкостными диодами ил и варикапами, находят применение, в частности, как элементы, включаемые в резонансные контуры, которые можно при этом перестраивать, изменяя напряжение смещения на аноде (например, с помощью потенциометра). Такое решение часто используют в радиоприемниках, исключая, таким образом, неудобный и дорогостоящий конденсатор переменной емкости поворотного типа (рис. 3.13).

 

 

Рис. 3.13. Принцип перестройки резонансного контура с помощью варакторного диода

 

Регулируемое напряжение подводится к диоду через резистор R, сопротивление которого должно быть настолько большим, чтобы не шунтировать резонансный контур. Зависящее от этого напряжения изменение емкости диода вызывает изменение емкости, подключенной параллельно емкости резонансного контура. Тем самым изменяется результирующая емкость этого контура, а следовательно, и его резонансная частота.

 

Что такое р‑i‑n диод?

 

Это диод, содержащий слой собственного полупроводника между областями р ‑ и n ‑типа. Положительное смещение полупроводника р по отношению к полупроводнику n ‑типа вызывает перемещение электронов из n‑области и одновременно дырок из р ‑области в собственный полупроводник. Концентрация примесей в собственном полупроводнике увеличивается, и сопротивление этой области уменьшается. При противоположном смещении из‑за высокого удельного сопротивления области собственного полупроводника и большой ширины перехода (запирающего слоя) сопротивление велико. При смещении в прямом направлении получают изменение сопротивления диода в интервале, например, от нескольких ом до нескольких килоом.

В частности, р‑i‑n  диоды применяют в переключающих устройствах как элементы с высокой скоростью переключения, в схемах аттенюаторов, управляемых напряжением постоянного тока, и в технике сверхвысоких частот.

 

I. Диоды

1. Диоды выпрямительные:  

• малой мощности (со средним значением прямого тока не более 0,3 А)… 1

• средней мощности (со средним значением прямого тока более 0,3 А, но не более 10 А)… 2

2. Диоды универсальные:  

• (с рабочей частотой не более 1000 МГц.)… 4

3. Диоды импульсные:  

• со временем восстановления обратного сопротивления более 150 нс… 5

• со временем восстановления обратного сопротивления более 30, но не более 150 нс… 6

• со временем восстановления обратного сопротивления более 5, но не более 30 нс… 7

• со временем восстановления обратного сопротивления не менее 1 и не более 5 нс… 8

• со временем восстановления обратного сопротивления менее 1 нс… 9

4. Выпрямительные столбы и блоки:  

• столбы малой мощности (со средним значением прямого тока более 0,3 А)… 1

• столбы средней мощности (со средним значением прямого тока более 0,3, но не более 10 А)… 2

• блоки малой мощности (со средним значением прямого тока более 0,3 А)… 3

• блоки средней мощности (со средним значением прямого тока более 0,3, но не более 10 А)… 4

5. Диоды сверхвысокочастотные:  

• смесительные… 1

• детекторные… 2

• параметрические… 4

• регулирующие (переключательные, ограничительные и модуляторные)… 5

• умножительные… 6

• генераторные… 7

6. Варикапы:  

• подстроенные… 1

• умножительные (варакторные)… 2

7. Диоды туннельные и обращенные:  

• усилительные… 1

• генераторные… 2

• переключательные… 3

• обращенные… 4

8. Диоды излучающие:  

• инфракрасного диапазона… 1

видимого диапазона (светодиоды) с яркостью:

• не более 55 нт… 3

• более 500 нт… 4

 

II. Тиристоры

1. Диодные тиристоры:  

• малой мощности (с допустимым значением прямого тока не более 0,3 А)… 1

• средней мощности (с допустимым значением прямого тока более 0,3 А, но не более 10 А)… 2

2. Триодные тиристоры:  

– незапираемые:

• малой мощности (с допустимым значением прямого тока не более 0,3 А)… 1

• средней мощности (с допустимым значением прямого тока более 0,3, но не более 10 А)… 2

– запираемые:

• малой мощности (с допустимым значением прямого тока не более 0,3 А)… 3