Основные параметры

Основным параметром полупроводникового прибора называется величина, характеризующая или его свойства, или режим работы.

Механический, климатический, электрический.

Часть параметров гарантирует завод-изготовитель. Остальные электрические называются справочными.

Диоды применяются в цепях постоянного и переменного тока.

Различают 3 режима работы: статический, динамический, квазистатический. Если U на электродах постоянное – это статический режим. Режим, при котором хоть один параметр изменяется во времени, называется динамическим. Если параметры изменяются настолько медленно, что режим работы в любой момент времени мало отличается от статического, то режим называется квазистатическим.

Выпрямленный прямой ток (средний) I_пр.ср. – это среднее за период значение выпрямленного тока, который может длительно протекать через диод при допустимом его нагреве.

Среднее прямое напряжение U_пр.ср. – это напряжение, определяемое при среднем выпрямленном токе.

-Допустимое обратное напряжение U_обр. – максимальное значение за период, при котором обеспечивается надежная и длительная работа диода. Превышение этого U ведет к пробоям.

Обратный ток I_обр – среднее значение обратного тока при допустимом обратном напряжении.

Максимальная температура перехода Т_{пер.мах.} зависит от: материала, ширины, степени легированной примеси.

Максимальная или средняя мощность P_max – мощность, рассеиваемая диодом, при которой диод может длительно работать, не изменяя свои параметры.

Признаки классификации	Наименование диода
Площадь перехода	Точеный и плоскостной
Полупроводниковый материал	Германий, кремний, арсенид галлия
Назначение	Выпрямительный, фото-светодиоды, стабилитрон, варикап, импульсный, сверхвысокочастотные
Принцип действия	Лавинно-пролетный, туннельный, диод Шоттки, диод Ганна, излучающий

Выпрямительный – используется в выпрямителях переменного тока.

Диод Шоттки – это выпрямительный диод, выполненный на выпрямляющем переходе металл-полупроводник.

Структурная схема контакта металл-полупроводник

Определил Шоттки.

Высокочастотные диоды (ВЧД) – предназначены для работы на частотах до 1000 МГц (точечные диоды).

Импульсный диод – это диод с малой длительностью переходных процессов, предназначенный для применения в импульсных режимах работы.

Сверхвысокочастотные диоды (СВЧД) – предназначены для работ в сантиметровых и миллиметровых диапазонах волн 10⁸ – 10⁹ Гц.

Делятся на:ф2ы

1. Смесительные (в супергетеродинных приемниках).

2. Видеодетекторные (для детектирования).

3. Парометрические (в усилителях СВЧ, переключающие эл. ключ).

4. Умножительные (для умножения частоты).

История изобретения биполярного транзистора и полевой (Сиренький, Электронная техника).

Туннельный диод

Это полупроводниковый диод на основе выраженного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на его ВАХ участка с отрицательной дифференциальной проводимостью при прямом напряжении.

Между точками 1 и 3 падающий участок, на котором уменьшение приложенного напряжения, отрицательный его прирост вызывает увеличение тока. Это означает, что на этом участке туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением < 0.

По назначению туннельные диоды делятся на:

1. Усилительный

2. Генераторный

3. Переключающий

На практике находят применение окрашенные диоды, изготовленные из полупроводника с несколько меньшей концентрацией примесей, чем у туннельных.

Предназначены для изготовления туннельных диодов на 3-4 порядка выше обычных диодов. Достигает 10²⁰ – 10²¹ См^-3 (сименсов). Полупроводники с такой высокой концентрацией приближают к металлам. Поэтому их называют вырожденными металлами или полуметаллами.

Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве электрически управляемой емкости.

Зависимость барьерной емкости p-n перехода отражается на ВАХ:

Стабилитрон – это кремниевый диод, работающий в режиме эл. пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. Особенность: вкл. в обратном направлении.

Схема включения стабилитрона

Применение кремния в качестве исходного материала при изготовлении стабилитрона объясняется малым значением и слабой зависимостью от tº обратного тока кремниевых диодов.

Система обозначения полупроводниковых диодов.

ГОСТ 10.862-72

Присваивается обозначение из 4 элементов.

1. Буква и цифра.

Г – 1 (германий)

К – 2 (кремний)

А – 3 (арсенид галлия)

2. Буква, указывающая на подкласс диода.

В (варикап)

Д (выпрямительный диод)

С (стабилитрон)

Н (туннельный диод)

А (сверхвысокочастотный диод)

3. Число, первая цифра которого указывает назначение прибора и его эл. свойства, а последующие две цифры – порядковый номер разработки.

Пример: Г Д 412 А (А – группа)

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – активный полупроводниковый прибор, основу которого составляют два взаимодействующих электронно-дырочных перехода, имеющих 3 или более выводов.

Биполярный транзистор – это аналог лампового триода. По структуре (по типу) по чередованию областей p n перехода делятся:

π₁ – эмиттерный, включен в прямом направлении.

π₂ – коллекторный, включен в обратном направлении.

Э – эмиттер, К – коллектор.

Принцип действия обоих типов транзисторов одинаков. Разница только во включении источников питания. В соответствии с этим в транзисторе p n p коллекторный ток создается дырками, а в n p n – электронами.

Задача эмиттера – инжектировать (впрыскивать, вводить) заряды в область базы.

Задача коллектора – экстрактировать (вытягивать) заряды из базы или из области базы.

Задача базы – распределять, управлять потоком зарядов из эмиттера в коллектор. Самый тонкий слой (обедненный основными носителями).

Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании физических процессов из Э области в К.

При отсутствии внешнего источника напряжения U_эб = U_кб = 0.

При наличии источника Е_э и Е_к происходит инжекция. При этом в К цепи проходит К ток (I_к) и замыкает общую цепь. Происходит перенос I_э в К цепь, следовательно, I_э = I_б + I_к → I_б = I_э – I_к.

Передача тока характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттером, который обозначается . Этот коэффициент достигает в современных транзисторах 0,95 – 0,99.

Следовательно, изменение тока во входной цепи вызывает соответственные изменения токов в выходной цепи, т.к. Э переход, включенный в прямом направлении, К – в обратном. Входное напряжение влияет на выходное напряжение и на К ток. На этом основано свойство и усилительное действие транзистора.

ОБ

(схема с общей базой)

ОЭ

(с общим эмиттером)

ОК

(с общим коллектором,

эмиттерный повторитель)

Iвх	Iэ	Iб	Iб
Iвых	Iк	Iк	Iэ
Uвх	Uэб	Uбэ	Uбэ
Uвых	Uкб	Uкэ	Uвых = Iэ∙Rn
		(усиление по U)
		(усиление по I)

Уменьшение потока электронов через К (коллекторный) переход, а следовательно, и I_к по сравнению с потоком дырок через Э переход можно учесть следующим соотношением: I_к = α ∙ I_э, где α = 0,95 ÷ 0,99 – дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера , и более точно называется динамическим коэффициентом I_э.

Через закрытый К переход будет создаваться обратный ток (I_кб,обр), образованный по токам из n области в p область не основных носителей заряда для К области – дырок, который совместно с током I_к^’ образуют выходной ток транзистора.

и током в базовом выходе , , , . , заменим ток I_э значением из формул , разделим на I_к. . – дифференциальный коэффициент передачи тока базы. .

Выводы:

1. Под действием прямого напряжения, приложенного к Э переходу, потенциальный барьер понижается и в базу диффундируют (инжектируют) электроны.

2. Инжектируемые в базу электроны диффундируют в сторону коллекторного перехода.

3. Так как база очень тонкая и концентрация основных носителей заряда – дырок – в ней низкая, то большая часть электронов достигают К перехода и перебрасываются полем перехода в К, образуя управляемый I_к.

4. Небольшая часть инжектируемых электронов успевает рекомбинировать в базе и образует рекомбинирующую часть, составляющую I_э, замыкающуюся через цепь базы.

5. Через цепь базы замыкается тонкая небольшая дырочная составляющая I_э, образованная диффузией дырок из базы, и обратный ток К, который направлен навстречу дырочной составляющей I_э или рекомбинированной составляющей I_э.

Статические характеристики биполярных транзисторов

Статические характеристики.

Различают статический режим транзистора, при котором на его электроды подано только напряжение от источника питания.

Динамический режим – это режим, при котором кроме этих напряжений на вход транзистора подается усиливаемый сигнал, а в цепь выходного электрода включается нагрузка.

Статические характеристики транзистора представляют собой зависимость тока в цепи одного из электродов от изменяющегося питающего напряжения на этом электроде при неизменном питающем напряжении на другом электроде или в токе цепи последнего.

Схема с общей базой (ОБ)

Входные характеристики при U_{к б с} = 0, представляют собой ВАХ диода при прямом включении.

h параметры

h-параметры транзистора

h-параметры приводятся во всех справочниках. Являются средними. полученными в результате измерений параметром нескольких транзисторов данного типа.

1. Входное сопротивление (R_вх)

2. Коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода на входе.

3. Коэффициент усиления по току (коэффициент передачи тока)

4. Выходная проводимость

Недостаток системы физ. параметров транзистора в том, что не все из них могут быть изменены. Непосредственно на практике чаще пользуются внешними параметрами, которые можно получить, если транзистор рассматривать как активный линейный четырехполюсник (эл. схему).

Выводы: стр. 89-90.

Электрические параметры транзисторов

Биполярный транзистор характеризуется параметром, который соответствует следующим режимам работы:

1. Режим постоянного тока.

Частотные свойства, режим малого сигнала, режим большого сигнала, предельный режим (стр. 91-93).

Классификация и система обозначения транзисторов

Транзисторы принято классифицировать по 2 показателям (в основном).

Максимально допустимая Р рассеивания на коллекторе и граничной частоте.

1. Малой мощности P_к.max до 0,3 Вт

2. Средняя мощность P_к.max от 0,3 до 1,5 Вт

3. Большой мощности P_к.max более 1,5 Вт

По частоте:

1. Низкочастотные f = 3 МГц

2. Среднечастотные f от 3 до 30 МГц

3. Высокочастотные f более 30 МГц

4. Сверхвысокочастотные более 300 МГц

Обозначение транзисторов согласно ГОСТ 10.86.2 – 72 состоит из 5 элементов:

1. Буква или цифра. Г или 1 – германий, К 2 – кремний, А 3 – арсенид галлия

2. Буква. Т – биполярный, П – полевой

3. Цифра указывает на принадлежность транзистора к одной из приведенных групп по рассеиваемой Р и граничной частоте.

А (малой Р), Н.Ч. (1), Ср.Ч. (2), В.Ч. (3)

АВ (средней Р), Н.Ч. (4), Ср.Ч. (5), В.Ч. (6)

Большой Р, Н.Ч. (7), Ср.Ч. (8), В.Ч. (9)

4. Число, обозначающее порядковый номер разработки транзистора, от 01 до 99

5. Буква, характеризующая деление технологического типа на параметрические группы

ГТ-905 Б

До 1964г. имели обозначение 3 элемента.

1. П – полупроводниковый триод, КП – в унифицированном корпусе

2. Цифра, обозначающая материал и порядковый номер прибора. При Р рассеивания до 0,25 Вт, германиевый от 1 до 99, кремниевый от 101 до 199. При Р рассеивания низкочастотных 0,25 Вт германиевый 201 – 299, кремниевый 301 – 399. Для высокой частоты: При Р рассеивания до 0,25 Вт германиевый от 401 до 499, кремниевый от 501 до 599. Свыше 0,25 – германиевый от 601 до 699, кремниевый от 701 до 799.

МП39Б