Температурна залежність параметрів тунельного діода

 

Струм тунельного діоду складається із двох частин (складових): тунельна і інжекційна.

Тунельна складова обумовлена струмом рівня Фермі за рахунок високої концентрації домішок, а інжекційна складова обумовлена інжекцією носіїв заряду через p-n-перехід.

Вплив температури на ці складові різний. На тунельну складову впливають наступні фізичні фактори при зміні температури:

1) зі збільшенням температури зменшується ширина забороненої зони, це приводить до зменшення товщини потенційного бар’єру, через який тунелюють електрони і тунельна складова збільшується, тобто збільшується піковий струм тунельного діоду.

2) при збільшенні температури змінюється розподіл електронів по енергетичним рівням і рівень Фермі зміщується вниз, що приводить до зменшення переходу числа електронів із n-області в р- область, а відповідно до цього тунельна складова повинна зменшуватися.

Ці два фактори відносно тунельної складової діють в різних напрямках. У більшості тунельних діодів ці фактори практично урівноважують один одного і піковий струм тунельного діоду практично не залежить від температури.

Збільшення температури збільшує інжекційну складову, як і в звичайних діодах тому зі збільшенням температури буде збільшуватися струм впадини і при деякій критичній температурі у тунельного діода не буде ділянки з від’ємним диференційним опором.

Варикапи

 

Варикап – це напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність ємності p-n-переходу від зміни зворотної напруги.

 

Рисунок 17 Позначення варикапа на схемах

 

Використовується як ємність в схемі з електричним керуванням величини.

Варикап, як елемент схеми можна представити еквівалентною схемою:

Рисунок 18 Еквівалентна схема варикапа

де:

L_в - індуктивність виводів і їх опір

r_б - опір бази, і так як він набагато більше опору виводів, то опір виводів в більшості випадків не показують

C_бар, r_пер - бар’єрна ємність переходу і його опір, які ввімкнені паралельно.

Перехід який використовується в варикапі, як і перехід звичайного діода, має дві складові ємності: дифузійна (проявляє свої властивості тільки при прямому включенні, і яку практично не враховують, тому що вона ввімкнена паралельно з дуже малим прямим опором p-n-переходу) і бар’єрна (проявляє свої властивості при включенні в зворотному напрямі і залежить від прикладеної напруги).

n=2 –для різкого переходу; n=3 – для плавного переходу.

Для виготовлення варикапів застосовуються як різкий, так і плавний переходи. У різких більша залежність накопичення зарядів від прикладеної напруги і менша ширина p-n-переходу.

У варикапів із різким переходом ємність С(0) може змінюватися від декількох пікофарад до декількох сот пікофарад. У плавних переходів ширина p-n-переходу набагато більша, відповідно ємність у них менше і плавні переходи практично не застосовуються для виготовлення варикапів.

 

Частотні властивості варикапів

 

Варикап, як елемент схеми, має такі параметри:

ємність варикапа – величина ємності, яка заміряна між виводами варикапу при заданій напрузі.

добротність варикапу Qв – це відношення реактивного опору варикапа на заданій частоті до опору втрат.

коефіцієнт перекриття по ємності – це коефіцієнт, який визначається для двох ємностей при різній напрузі живлення.

Розглядаючи еквівалентну схему варикапа можна знайти дві добротності при роботі на низький і на високій частоті.

При роботі на низьких частотах можна не враховувати малий опір бази і добротність варикапа буде залежати тільки від співвідношень опору переходу і його бар’єрної ємності.

Добротність – це величина зворотна тангенсу кута втрат.

;

При роботі на високих частотах ємність p-n-переходу зменшується, а тому опором p-n-переходу можна знехтувати, тому що він паралельно ввімкнений з малим опором ємності і в еквівалентній схемі будуть послідовно включені бар’єрна ємність С_бар і опір бази r_бази, тоді добротність буде:

;

 

Позначення діодів

 

Відповідно до державних стандартів для позначення діодів застосовується 6 позицій:

 

1) буква або цифра, які характеризують матеріал з якого виготовлений діод:

Г – 1 – германій

К – 2 – кремній

А – 3 - арсенід галію

2) буква, яка визначає клас діодів:

Д – універсальні

В – варикапи

С – стабілітрони

И – тунельні діоди

А – діоди НВЧ

3) три позиції – цифри, які визначають призначення діодів:

101 – 399 – випрямні або перетворюючі діоди низької частоти

401 – 499 – універсальні діоди

501 – 599 – імпульсні діоди

*У стабілітронів перша цифра показує потужність в ватах, дві останні – напругу стабілізації.

4) буква, яка характеризує параметри діоду в його класі.

Транзистори

Транзистор - напівпровідниковий прилад, який застосовується для підсилення потужності малопотужних електричних сигналів і генерації електричних коливань.

В залежності від принципу роботи і фізичних процесів, які відбуваються в транзисторі, вони діляться на дві групи:

1) біполярні транзистори (БПТ), які в залежності від чергування напівпровідників, діляться на дві підгрупи

- p-n-p – транзистори

- n-p-n – транзистори

основним для цих транзисторів являється створення струму двома видами носіїв заряду – електронів і дірок.

2) польові (уніполярні) транзистори. Носіями для створення струму є електрони або дірки. Ці транзистори теж діляться на дві підгрупи:

- польові транзистори з керуючим p-n-переходом

- польові транзистори ізольованим затвором

а) польові транзистори з ізольованим затвором і індукованим каналом

б) польові транзистори з ізольованим затвором і вбудованим каналом.

Як елементи схеми всі транзистори поділяються на групи в залежності від робочої частоти:

- низькочастотні

- високочастотні

- надвисокочастотні (НВЧ)

по потужності:

- малої потужності

- середньої потужності

- великої потужності

 

Біполярні транзистори

Біполярним транзистором називають напівпровідниковий прилад, який має два або більше випрямляючих переходи і три або більше не випрямляючих переходів – виводів.

Рисунок 19 Структура біполярного транзистора

w – Активна ширина бази

 

У біполярних транзисторів один перехід може керувати іншим. Для створення двох p-n-переходів, які часто використовуються у транзисторах, застосовуються напівпровідники з різною концентрацією домішок. Найбільш легований домішками шар напівпровідника, називається емітером і відповідно він має найменший об’ємний питомий опір. Середній шар напівпровідника, який найменш легований і має відповідно найбільший питомий опір, називається базою. Перехід, створений напівпровідниками між базою і емітером називається емітерним переходом, і при нормальному вмиканні транзистора цей перехід вмикається в прямому напрямі. Третій шар напівпровідника, який має таку ж провідність, що і емітер, але приблизно на порядок менше має степінь легування домішками, називається колектором, а перехід колекторним, і при нормальному вмиканні транзистора вмикається в зворотному напрямі.

В залежності від того, яку провідність має база, транзистори діляться на дві групи.

 

Рисунок 20 Типи біполярних транзисторів

 

Область бази, яка знаходиться між двома p-n-переходами, називається активною. У нормально виготовлених транзисторів активна ширина області бази повинна бути набагато менше дифузійної довжини носіїв заряду. Основні процеси в транзисторі визначаються процесами, які відбуваються в базі. При рівномірному легуванні напівпровідника бази домішками, в ній відсутнє електричне поле, а відповідно рух носіїв заряду відбувається тільки за рахунок дифузії, і транзистори називають без дрейфовими або дифузійними.

При нерівномірному легуванні бази домішками, в базі присутнє електричне поле, яке створюється наявністю градієнта концентрації носіїв заряду, це поле сприяє руху носіїв заряду і транзистори називаються дрейфовими.