Рассмотрим переходные процессы, происходящие в ключе при подаче на его вход прямоугольного импульса. В исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки, поскольку напряжение на входе Uвх = U0 меньше порога отпирания.
Включение. В момент t=t1 на вход ключа подается положительный импульс, амплитуда которого больше порогового значения. Этот импульс вызывает появление в цепи базы перепада тока. Ток базы во время действия входного импульса можно считать практически неизменным, так как входное сопротивление транзистора обычно много меньше сопротивления R. Под воздействием входного перепада тока транзистор переходит последовательно из области отсечки в активную область и далее в область насыщения. Процесс включения транзисторного ключа подразделяют на два этапа: задержка включения (или подготовка включения) и формирование фронта выходного импульса.
Задержка включения. Интервал времени t1-t2 от момента подачи входного импульса до начала нарастания коллекторного тока, определяет время задержки включения tЗ. Транзистор в это время находится в режиме отсечки. Возникновение задержки при включении ключа объясняется зарядом барьерных емкостей Сэ и Ск током БАЗЫ. В процессе заряда напряжение на емкостях Сэ и Ск под действием входного импульса нарастает от значения U0, стремясь к U1. В тот момент, когда напряжение на базе достигает порогового значения Un, ЭП открывается и транзистор переходит из режима отсечки в активный режим. Рабочая точка на нагрузочной прямой за время задержки не меняет своего положения.
Заряд барьерных емкостей происходит в цепи первого порядка с постоянной времени rЗ=R(Ск+Сэ). Практически время задержки весьма мало, поэтому им часто пренебрегают.
Формирование фронта происходит в интервале t2-t3. В момент времени t2 напряжение на базе становится равным пороговому, транзистор открывается и переходит в активный режим. Начинается накопление заряда неосновных носителей, инжектированных в базу. По мере увеличения заряда увеличивается ток коллектора, который пропорционален Q(t), и уменьшается напряжение на коллекторном переходе.
В момент t3, когда заряд достигает граничного значения КП смещается в прямом направлении и транзистор переходит в состояние насыщения. Рост коллекторного тока прекращается, поскольку он оказывается ограниченным параметрами внешней цепи:
IК = I К нас = Ек / Rк
За время формирования фронта рабочая точка по нагрузочной прямой перемещается из точки А в точку Б. Интервал времени t2-t3, в течение которого коллекторный ток меняется от 0 до I К нас, называется длительностью фронта. Транзистор в это время находится в активном режиме. Накопление избыточного заряда. После окончания формирования фронта в момент времени t3 транзистор переходит в режим насыщения. Коллекторный переход смещается в прямом направлении. Коллекторный ток практически постоянен и равен I К нас. Однако заряд в базе продолжает нарастать, стремясь к стационарному значению, определяемому входным током. Избыточный заряд возникает только в том случае, если ток базы превышает значение IБ нас. В режиме насыщения нарушается пропорциональность между током базы и током коллектора. Коллекторный ток уже не может следовать за базовым, так как он ограничен сопротивлением Rк- В противном случае закон изменения коллекторного тока повторял бы закон изменения заряда Q(t), вызываемое током базы. Необходимо отметить, что при переходе транзистора в режим насыщения изменяется время жизни неосновных носителей в базе, которое для области насыщения обозначается символом Тнас и называется постоянной времени транзистора в области насыщения. Постоянная времени Тнас определяет как процесс накопления, так и стационарный уровень заряда в базе. Стационарного значения заряд достигает за время, не меньшее, чем 2,3* Тнас после начала накопления. Если длительность входного импульса меньше этого значения, то заряд в базе к концу будет меньше Qст.
В режиме насыщения рабочая точка на нагрузочной прямой остается в точке Б, а на передаточной характеристике перемещается из точки Д в точку Б.
Выключение. В момент времени t4 действие входного отпирающего импульса заканчивается. Возникает обратный ток базы. Под воздействием процесса рекомбинации заряд неосновных носителей в базе уменьшается. Спустя некоторое время транзистор выходит из насыщения и переходит в активную область, а затем запирается.
Процесс выключения можно разделить на два этапа: рассасывание избыточного заряда и формирование спада импульса.
Рассасывание избыточного заряда. Происходит в течение интервала времени t4-t5. Этот процесс является причиной возникновения задержки при выключении ключа. Заряд неосновных носителей в базе мгновенно измениться не может, поэтому требуется время, чтобы он уменьшился от стационарного значения в режиме насыщения Qст до граничного значения. В течение этого времени транзистор остается в режиме насыщения, ток коллектора постоянен и равен IКнас, а Uк_=Uк нас=Uo.
Время, в течение которого транзистор продолжает оставаться в режиме насыщения после окончания входного импульса, называется временем рассасывания.
К концу процесса рассасывания рабочая точка на передаточной характеристике перемещается в точку Д, а положение рабочей точки на нагрузочной прямой не меняется.
Формирование среза импульса. Начинается в момент времени t5,, когда избыточный заряд уменьшается до нуля. Коллекторный переход смещается в обратном направлении, и транзистор из режима насыщения переходит в активный режим. В течение интервала t5-t6, называемого длительностью среза, заряд в базе продолжает убывать, уменьшаясь от Qrp до нуля, рабочая точка как на нагрузочной прямой, так и на передаточной характеристике возвращается в точку А. Коллекторный ток в активном режиме пропорционален заряду и изменяется от IКнас, стремясь по экспоненциальному закону к 0. В момент t6 транзистор запирается и Iк=0.
Далее в течение некоторого времени t6,-t7 происходит изменение заряда барьерных емкостей переходов Сэ и Ск. За время этого процесса ток базы уменьшается до нуля, а на базе устанавливается исходное напряжение Uo.
Кремниевые стабилитроны. ВАХ стабилитрона и ее параметры. Зависимость ВАХ от степени легирования и температуры. Термостабилизация стабилитронов. Схема и параметры простейшего стабилизатора напряжения. Области применения стабилитронов.
П/п стабилитрон – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения. (Рабочая точка находится в области эл.пробоя). В стабилитронах должен быть либо лавинный, либо туннельный пробой, т.к. только при них получаются ВАХ, необходимые для стабилизации. Лавинный пробой характерен для материала с большой шириной запрещенной зоны, исходным является кремний.
ВАХ стабилитронов:
№1 – полевой пробой, №2 – смешанный, №3 – лавинный
Основные параметры:
1) Напряжение стабилизации Uct=3-400 В, Uпр.лав.=А*ρбВ;
2) Pст.max=0,1-50 Вт; 3) Iст.max до 4 А; 4)Iст.min 1-5 mA; 5)Iст.нам=1/2(Iст.max - Iст.min);
6) Дифференциальное сопротивление 
примерно 0,6-200 Ом;
7) Сопротивление постоянному току 
;
8) Добротность 
, 20-100 %;??)Коэф.стабилизации 
9)Температурный коэффициент напряжения стабилизации 
;
Зав-ть ТКН от напряжения стабилизации: Схема параметрического стабилизатора:
Область применения: используют для стабилизации напряжения в цепях, и защиты схем от перегрузки. Прецизионный термокомпенсированный стабилитрон, заключается в последовательном соединении с обр. включенным р-n -переходом стабилитрона доп. pn -перехода, включенного в прямом направлении. С повышением Т напряжение на pn -переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается, что компенсирует увеличение напряжения на обратно включенном pn -переходе при лавинном пробое.
Импульсные диоды. Особенности конструкции, ВАХ импульсных диодов. Основные параметры, применение. Переходный процесс прямого и обратного переключения диодов. Работа диодов от источника тока. Методы повышения быстродействия диодов.
Импульсный диод – это п/п диоды, которые применяются в режимах переключения из прямо смещенного состояния в обр. смещ. состояние. Требование: должны иметь мин. время перехода.
Особенности конструкции – точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки и стеклянного баллона. Получают методом электроформовки или приваркой проволоки к полупроводнику при прохождении импульса тока, и образования аналогового p-n -перехода.
ВАХ импульсного диода: Осн. назначение имп. диодов – работа в качестве коммутирующих элементов, применение их для детектирования ВЧ сигналов и для других целей.
Основные параметры:
1) прямой средний ток Iпр
2) прямое падение напряжения при I=Iпр есть Uпр
3) макс. знач. прям. тока и напр-я Iпр.max и Uпр.max при Iпр.max
4) макс. допустимое обр. напряжение Uобр.max=(0,5-0,8)Uпробоя
5) значение обр. тока при Iобр, Uобр=Uобр.max Скважность Q=I/τu
6) τвос-время восстановления обр. сопр. диода - временя от момента перехода тока диода через ноль до момента значения обратного тока 1,1 Iобр стационарное.
7) τуст-время установления Uпр диода, равное времени от момента подачи имп. прям. тока на диод (при 0 нач. напр-ии смещения) до достижения заданного значения прямого напряжения на диоде.
Факторы, влияющие на инерционность работы импульсного полупроводникового диода:
1) Накопление неравновесных носителей заряда в базе при прямом смещении
2) Влияние барьерной емкости
Имп. диоды: 1) Быстро действующие τвос<10 мс; 2)средне 10 < τвос<100 мс 3) низко τвос> 100 мс
Методы уменьшения τвос:
1) Создание рекомбинационных центров в области базы (золото)
2) Применение диодов с накопление зарядов ДНЗ-диоды
При переключении диода с прям. направления на обр. в начальные момент временя через диод идет большой Iобр, ограниченный объемным сопр. базы. Накопленные в базе неосн. носители заряда рекомбинируют или уходят из базы через pn-переход, после чего Iобр уменьшается до своего стац. знач-ия. Переходный процесс, в течение которого обр. сопротивление п/п диода вост. до постоянного значения, наз-ся временем восстановления обр. сопр. диода.
Переходный процесс, в течение которого прямое сопротивление п/п диода устанавливается до постоянного значения, называется временем установления прямого напряжения диода.
Работа имп. п/п диода от генератора постоянного тока:
1) t Î(0,t1), i(t),U(t) = 0
2) tÎt2, i1(t1)=Iпр (Uпр.max – макс.прям.падение напр-ия)
3) tÎ(t1,t2) pnÞ¯rбÞ¯UÞ1,1Uпр.стац
4) tÎ(t2,t3) Диод открыт 5) t=t3, i(t)=0
6) Рассеивание избыточ. конц-ии неосн. носителей.
Меры повышения быстродействия диодов:
1) Uпр.стацÞ¯rб 2) ¯СпереходаÞ¯S
3) Работа диода при малых входных воздействиях
4) ¯W(толщ. базы)=>0.1LP ®быстродействия в 100 раз
5) ¯времени пути неосн. носителей заряда в базе диода
6) Подключение малых величин RН, СН
7) Изготовление pn-перехода (от плоского к точечному)
8) Использование диодов шотки
9) Исп-ние ДНЗ-диодов (диоды накапливающие заряд)
8. Варикапы. Принцип работы, основные параметры и применение.
Варикапы – это п/п диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.
Основные параметры:
1) Емкость варикапа Св измеренная между выводами варикапа при заданном напряжении. Для разных варикапов емкость может быть от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад.
2) Коэф. перекрытия по емкости Кс - отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжения. Значение этого параметра составляет обычно несколько единиц.
3) Добротность варикапа Qв – отношение реакт. сопр. варикапа на заданной частоте переменного сигнала к сопр. потерь при заданном значении емкости или обр. напряжения. Добротность – это величина обратная тангенсу угла д/э потерь.
Диоды обладают барьерной и диффузионной емкостями. В качестве варикапов используются только диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная емкость. Диффузионная емкость проявляется при прямом смещении диода.
Строение варикапов: База варикапов состоит из 2х слоев. Для получения резкой зав-ти емкости варикапа от напряжения смещения необходимо создать в базе варикапа аномальное распределение нескомпенсированных примесей с градиентом концентрации другого знака по сравнению со знаком градиента концентрации в базе диффузионного диода. Сопротивление базы варикапов должно быть малым. Одновременно для большего пробивного напряжения необходимо большее удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к p-n-переходу. Таким образом, база варикапа должна состоять из двух слоев.
Варикапы применяют в устройствах управления частотой колебательного контура, в параметрических схемах усиления, деления и умножения частот, в схемах частотной модуляции, управляемых фазовращателях и д.р.
Исходным материалом для варикапов является кремний, а в последнее время – арсенид галлия.
9. Эквивалентные схемы полупроводниковых диодов для малого переменного сигнала, низкой и высокой частоты. Физическое содержание элементов схемы, методы определения.
 | |||
 | |||
Высокочастотная Низкочастотная
Физическое содержание:
1) Сдф конденсатор, характеризующий наличие в диоде диффузионной емкости
2) rБ, rдиф резисторы, определяют дифференциальное сопротивления и сопротивление базы диода.
; 
При низких частотах когда ωτ<<1, τ – время жизни инжектированных в базу диода носителей.
; 
, здесь 