11 Маркування д

  Маркування діодів

На корпусі діода зазвичай вказують матеріал напівпровідника, з якого він виготовлений (буква або цифра), тип (буква), призначення чи електричні властивості приладу (цифра), букву, відповідну різновиди приладу, і дату виготовлення, а також його умовне позначення. Умовне позначення діода (анод і катод) вказує, як потрібно підключати діод на платах пристроїв. Діод має два висновки, один з яких катод (мінус), а інший – анод (плюс). Умовне графічне зображення на корпусі діода наноситься у вигляді стрілки, що вказує пряме напрямок, якщо стрілки немає, то ставиться знак «+». На плоских висновках деяких діодів (наприклад, серії Д2) прямо вьіштамповано умовне позначення діода і його тип. При нанесенні колірного коду, кольорову мітку, точку або смужку наносять ближче до анода (рис. 2.1). Для деяких типів діодів використовується кольорове маркування у вигляді крапок і смужок (табл. 2.1). Діоди старих типів, зокрема точкові, випускалися в скляному оформленні та маркірувалися літерою «Д» з додаванням цифри і букви, що позначають підтип приладу. Германієвих-індієвий площинні діоди мали позначення «Д7».

12 Високочастотні діоди

Високочастотні діоди - прилади універсального призначення. Вони можуть бути використані для випрямлення, детектування і інших нелінійних перетворень електричних сигналів у діапазоні частот до 600 Мгц. Високочастотні діоди виготовляються, як правило, з германія чи кремнію і мають крапкову структуру. Для одержання р-n переходу діод у процесі виготовлення піддають струмовому формуванню. З цією метою через нього в прямому напрямку пропускається короткочасний імпульс струму величиною до 400 мА. У результаті формування тонкий шар напівпровідника, що примикає до вістря, здобуває діркову провідність, а на границі між цим шаром і основною масою пластинки виникає р-n перехід. Така конструкція діода забезпечує невелику величину ємності р-n переходу (не більш 1 пФ), що дозволяє ефективно використовувати діод на високих частотах. Однак мала площа контакту між частинами напівпровідника з провідністю типу п і р не дозволяє розсіювати в області р-п переходу значні потужності. Тому крапкові діоди менш могутні, чим площинні, і не використовуються у випрямлячах, розрахованих на великі напруги і струми. Вони застосовуються, головним чином, у схемах радіоприймальної і вимірювальної апаратури, що працює на високих частотах, а також у випрямлячах на напруги не вище декількох десятків вольт при струмі порядку десятків міліампер. Типова вольт - амперна характеристика крапкового діода показана на рисунку 9, а. Зворотна вітка характеристики крапкового діода значно відрізняється від відповідної галузі характеристики площинного діода. Через малу площу р-n переходу зворотний струм діода малий, ділянка насичення невелика і не так різко виражений. При збільшенні зворотної напруги зворотній струм збільшується майже рівномірно.

Рисунок 9 - Вольт - амперна характеристика точкового діода (а) і її залежність від зміни температури (б)

Вплив температури на величину зворотного струму позначається слабкіше, ніж у площинних діодах, подвоєння зворотного струму відбувається при збільшенні температури на 15-20°С (рисунок 9,6). Істотне значення для оцінки властивостей високочастотних діодів мають: Загальна ємність діода С_д- ємність, виміряна між виводами діода при заданих напрузі зсуву і частоті. Диференціальний опір r_диф- відношення приросту напруги на діоді до малого приросту струму , що викликав це збільшення. Діапазон частот Δf - різниця граничних значень частот, при яких середній випрямлений струм діода не менше заданої частки його значення на нижчій частоті. В останні роки усе більше застосування знаходять діоди, засновані на дії контакту, що випрямляє, метал - напівпровідник так називані діоди Шотткі. Основна перевага діодів Шотткі в порівнянні з діодами на р-п перехідах можливість одержання менших значень прямого опору контакту, тому що металевий шар по цих властивостях перевершує будь-який, навіть сильно легований шар напівпровідника. Малий прямий опір і невелика ємність бар'єра Шотткі дозволяє діодам працювати на надвисоких частотах.

13

Варікапами називають напівпровідникові діоди, у яких використовується бар'єрна ємність замкненого р-п переходу, що залежить від величини прикладеної до діода зворотної напруги. Для використання властивостей варикапа до нього необхідно підвести зворотну напругу (рисунок 16).

Рисунок 16 - Схема включення варікапа

Як відомо, при відсутності зовнішньої напруги між р- і n-областями існує контактна різниця потенціалів (потенційний бар'єр) і внутрішнє електричне поле. Якщо до діода прикласти зворотну напругу Uобр (рисунок 17, а), то висота потенційного бар'єра між р и n - областями зросте на величину прикладеної напруги (рисунок 17, б), зросте і напруженість електричного поля в р-п переході. Зовнішня зворотна напруга відштовхує, електрони глибше усередину n- області, а дірки - всередину р області В результаті відбувається розширення області р-п переходу і тим більше, чим вище напруга Uобр (U'обр > Uобр, d' > d на рисунку 17, б і в).

Рисунок 17 - Дія зворотної напруги на p - n перехід: а - подвійний шар зарядів в p - n переході; б - зміна потенціалу φ вздовж переходу; в - зміна щільності об'ємного заряду ρ.

Таким чином, зміна зворотної напруги, прикладеної до р-n переходу, приводити до зміни бар'єрної ємності між р- і n - областями. Величина бар'єрної ємності діода С може бути визначена з формули

(3)

де ε - відносна діелектрична проникність напівпровідника; S - площа р-n переходу, d - ширина р-п переходу. Формула (3) аналогічна формулі для ємності плоского конденсатора. Однак, незважаючи на подібність цих формул, між бар'єрною ємністю і ємністю конденсатора є принципове розходження В звичайному конденсаторі відстань між його пластинами, а отже, і його ємність не залежати від напруги, прикладеного до конденсатора. Ширина ж р - n переходу залежить від величини прикладеної до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги, при збільшенні замираючої напруги ширина р-n переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується. Основною характеристикою варикапа є залежність його ємності від величини зворотної напруги (вольт - фарадна характеристика) Типова характеристика С=f(Uобр) показана на рисунку 18.

Рисунок 18 - залежність ємності варикапа від величини зворотної напруги

В залежності 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. Параметри варикапів: Номінальна ємність С_ном - ємність між виводами варікапа при номінальній напрузі зсуву (звичайно Uсм = 4 В) Максимальна ємність C_max - ємність варикапа при заданій напрузі зсуву Мінімальна ємність С_min - ємність варикапа при заданій максимальній напрузі зсуву. Коефіцієнт перекриття К_с - відношення максимальної ємності діода до мінімальної. Добротність Q - відношення реактивного опору варікапа до повного опору втрат, виміряного на номінальній частоті при температурі 20 °С. Максимально допустима напруга U_mах - максимальне миттєве значення перемінної напруги, що забезпечує задану .надійність при тривалій роботі. Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) - відношення відносної зміни ємності при заданій напрузі до його абсолютної зміни, що викликала, температура навколишнього середовища. Максимально припустима потужність Р_max - максимальне значення потужності розсіюється на варикапі, при якому забезпечується задана надійність при тривалій роботі.

14

Стабілітрони Явище електричного пробою, небезпечне для звичайних діодів, знаходить корисне застосування в кремнієвих площинних діодах, що одержали назву кремнієвих стабілітронів, чи опорних діодів. При виготовленні стабілітронів найбільше широко використовуються сплавний і дифузійно-сплавний методи одержання p - n переходів. Вихідним матеріалом при виготовленні стабілітрона служить пластинка кремнію n-типу. В неї вплавляється алюміній, що є акцепторною домішкою для кремнію. Кристал з p - n переходом міститься звичайно в герметичному металевому корпусі. Нормальним режимом роботи стабілітронів є робота при зворотній напрузі, що відповідає зворотному електричному пробою р-n переходу. Слід зазначити, що ефект Зінера і лавинний механізм електричного пробою р-n переходу спостерігаються як у кремнієвих, так і в германієвих діодів. Однак виділення тепла, що супроводжує ці процеси, приводить для германія до додаткової теплової генерації носіїв заряду, що спотворює картину лавинного пробою. Тому як матеріал для напівпровідникових стабілітронів використовується кремній, що володіє більш високою температурною стабільністю.

Рисунок 11 - Вольт - амперна характеристика кремнієвого стабілітрона

Найважливішою характеристикою стабілітрона є його вольт-амперна характеристика (рисунок 11). У прямому напрямку вольт-амперна характеристика стабілітрона практично не відрізняється від прямої вітки будь-якого кремнієвого діода. Зворотна вітка її має вид прямої вертикальної лінії, що проходить майже паралельно осі струмів. Тому при зміні в широких межах струму спадання напруги на приладі практично не змінюється. Ця властивість кремнієвих діодів і дозволяє використовувати їх як стабілізатори напруги. Оскільки електричний пробій настає при порівняно низькій зворотній напрузі, потужність, що виділяється в р-n переході навіть при значних зворотних струмах, буде не більшою що предохраняє р-n перехід від теплового (не зворотного) пробою. Перевищення гранично припустимого зворотного струму стабілітрона приводить, як і в звичайних діодах, до виходу приладу з ладу. Основними параметрами кремнієвих стабілітронів є: Напруга стабілізації U_cт - падіння напруги на стабілітроні в області стабілізації при номінальному значенні струму. Мінімальний струм стабілізації І_{ст. min} - таке значення струму через стабілітрон, при якому виникає стійкий пробій. Максимальний струм стабілізації І_{ст. max} - найбільше значення струму через стабілітрон, при якому потужність, що розсіюється на стабілітроні, не перевищує припустимого значення. Диференціальний опір r_ст - відношення збільшення напруги на стабілітроні до збільшення струму в режимі стабілізації

(1)

Величина r_ст характеризує ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму пробою. Максимальна потужність розсіювання Р_max - найбільша потужність, що виділяється в р-п переході, при якій не виникає тепловий пробій переходу. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації α_ст - відношення відносної зміни напруги стабілізації і до абсолютної зміни температури навколишнього середовища (виражається в %/град)

(2)

Рисунок 12 - схема стабілізатора постійної напруги на кремнієвому стабілітроні

Найбільш проста, але досить розповсюджена схема стабілізатора постійної напруги на кремнієвому стабілітроні приведена на рисунку 12. Схема являє собою дільник напруги, що складається з резистора R0 і стабілітрона VD. При зміні живлячої напруги Uвх напруга на стабілітроні і на навантаженню Rн змінюється незначно, в чому і виражається стабілізуюча дія схеми. Одна з можливих схем стабілізатора змінної напруги на кремнієвих стабілітронах приведена на рисунку 13, а. Напруга мережі через трансформатор Т надходить у схему, що складається з резистора Ro і зустрічно включених стабілітронів VD1 і VD2. Перемінна напруга обмежується на рівні напруги стабілізації Uст стабілітронів VD1 і VD2. В результаті цього на виході виходить напруга Uвих трапецеїдальної форми (рисунок 13, б). При зміні величини вхідної напруги амплітуда вихідної напруги залишається постійною, а діюче значення міняється незначно (за рахунок деякої зміни площі трапецій).

Рисунок 13 - Стабілізатор змінної напруги (а) і форма його вихідної напруги (б)

16

Біполярний транзистор — напівпровідниковий елемент електронних схем, із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими. Термін «біполярний» підкреслює той факт, що принцип роботи приладу полягає у взаємодії з електричним полем частинок, що мають як позитивний, так і негативний електричний заряд.

Виводи біполярного транзистора називаються емітером, базою і колектором. В залежності від типу носіїв заряду, які використовуються в транзисторі, біполярні транзистори поділяються на транзистори NPN та PNP типу. В транзисторі NPN типу емітер і колектор легуються донорами, а база — акцепторами. В транзисторі PNP типу — навпаки.

Будова

Поперечний розріз транзистора

На рисунку праворуч схематично показана будова біполярного транзистора NPN типу. Колектором служить напівпровідник n-типу, легований донорами до невисокої концентрації 10¹³-10¹⁵ см⁻³. Перед створенням бази напівпровідник покривають фоторезистом і за допомогою літографії звільняють вікно для легування акцепторами. Атоми акцептора дифундують в глибину напівпровідника, створюючи область із доволі високою концентрацією — 10¹⁷-10¹⁸ см⁻³. На третьому етапі знову створюється вікно для легування донорами й утворюють емітер із ще вищою концентрацією домішок, необхідною для того, щоб спочатку компенсувати акцептори, а потім створити напівпровідник n-типу. Відношення домішок у емітері й у базі повинно бути якомога більшим для забезпечення гарних характеристик транзистора.

Ще кращих характеристик можна досягти, якщо перехід між базою й емітером зробити гетеропереходом, у якому емітер має набагато більшу ширину забороненої зони, хоча це і збільшує собівартість транзистора. В такому випадку на поверхню бази через вікно напилюється інша речовина.