5.1.4 Варикапи

Варикапи – це напівпровідникові діоди, у яких використовується залежність бар’єрної ємності р-n-переходу від зворотної напруги. Варикапи поділяються на підстроювальні (третій елемент позначення – 1) і варактори (третій елемент – 2).

Підстроювальні варикапи використовуються, наприклад, для електронного підстроювання резонансної частоти коливальних контурів (рисунок 5.5). На схемі рисунок 5.7 конденсатор С запобігає замиканню напруги зміщення через котушку індуктивності . Ємність конденсатора значно перевищує бар’єрну ємність варикапа . Тому резонансна частота контура дорівнює

, (5.2)

де -ємність варикапа.

Регулюючи напругу зміщення, яка подається на варикап з потенціометра через резистор , можна змінювати ємність приладу, а, отже, і резонансну частоту контура. Резистор запобігає можливості шунтування коливального контура при переміщенні повзунка потенціометра. Опір вибирають більшим, ніж резонансний опір контура.

Рисунок 5.5 – Схема ввімкнення варикапа

Варикапи, які мають виражену нелінійну вольт-амперну характеристику, називають варакторами і використовують у пристроях параметричного підсилення і помноження частоти.

Основні параметри варикапів: номінальна ємність, виміряна при даній зворотній напрузі ; максимально допустима зворотна напруга ; добротність варикапа, яку визначають відношенням реактивного опору до опору втрат.

Розглянемо вплив параметрів еквівалентної схеми діодів (рисунок 3.6,б) на добротність варикапа.

Комплексний опір діода при зворотному вмиканні:

. (5.3)

З формули (5.3) випливає, що реактивна складова опору діода

, (5.4)

а активна –

. (5.5)

З формул (5.4) та (5.5) можна записати вираз для добротності варикапа

. (5.6)

В області низьких частот

і . (5.7)

В області високих частот і тоді

. (5.8)

З виразів (5.7) та (5.8) випливає, що з метою збільшення добротності варикапа необхідно збільшувати зворотний опір його р-n-переходу і зменшувати опір бази.

Для виконання першої умови варикапи виготовляють з кремнію. Для одержання малого опору бази для варикапа використовують структуру , в якій база складається з двох шарів: і (рисунок 5.6). -шар бази має малу товщину, тому при зворотному вмиканні весь р-n-перехід розміщується в цьому шарі. Опір бази в цьому випадку утворено лише сильнолегованою -областю, і тому він має малу величину. Ця структура, крім того, дозволяє значно збільшити зворотну напругу варикапа.

Рисунок 5.6 – Напівпровідникова структура варикапа

Якість варикапа визначається:

• ємністю та межами її можливого регулювання за допомогою прикладеної зворотної напруги;

• добротністю і частотним діапазоном;

• температурною стабільністю ємності і добротності.

Ємність варикапа

Для ємності варикапа можна записати С= Со + Св,

де Св – ємність між електродами і виводами варикапа яка не залежить

від прикладеної напруги;

Со – початкова ємність варикапа яка залежить від площі переходу П і концентрації домішок у базі діоду Nд і становить від одиниць до десятих часток мікрофаради. Відносна зміна ємності шляхом зміни прикладеної зворотної напруги показана на рисунку 5.7.

Рисунок 5.7 – Вольт-фарадна характеристика варикапа

ЛЕКЦІЯ 6

БІПОЛЯРНІ ТРАНЗИСТОРИ

6.1 Будова та принцип дії біполярних транзисторів

6.1.1 Загальні відомості про біполярні транзистори

Біполярний транзистор (БТ) – це електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з одним, двома або кількома переходами, який має три або більше виводів і здатний підсилювати потужність. Робота БТ грунтується на тому, що між його переходами існує взаємодія: змінюючи струм одного з переходів, можна управляти зміною іншого переходу (струмом через прилад). Малі розміри й маса, здатність працювати при малих напругах, висока механічна міцність, довговічність і зручність мікромініатюризації зумовили найширше використання цих приладів у електроніці протягом останніх десятиріч.

Класифікація транзисторів.

1 За характером перенесення носіїв заряду розрізняють біполярні (БТ) та польові (ПТ) транзистори. БТ – це здебільшого двоперехідні прилади, у процесі струмопроходження яких беруть участь носії обох знаків: і основні, і неосновні. У польових транзисторів струм створюється рухом носіїв одного знаку.

2 За кількістю переходів розрізняють одноперехідні, двоперехідні та багатоперехідні транзистори. Серед БТ найбільш поширені транзистори з трьома виводами.

3 За типом провідності (послідовність розміщення напівпровідникових областей) розрізняють - - та - - - транзистори.

4 За характером розподілу атомів домішок та руху носіїв у базі розрізняють дрейфові та бездрейфові БТ.

5 За величиною допустимої потужності, що розсіюється на електродах приладу, транзистори поділяються на малопотужні (до 0,3 Вт) середньої потужності (від 0,3 до 1,5 Вт) та потужні (більш 1,5 Вт).

6 За значенням граничної частоти розрізняють БТ низькочастотні (до 3 МГц), середньої частоти (від 3 до 30 МГц) та високочастотні (більш 30 МГц).

Система позначень БТ

Згідно з ГОСТ 10862-72 система позначень транзисторів налічує 6 елементів:

1-й – буква або цифра, що вказує на матеріал виготовлення приладу (Г/1/ - германій або його сполуки, К/2/ - кремній або його сполуки);

2-й – буква, що визначає підклас приладу (Т – біполярний, П – польовий транзистор);

3-й – цифра від 1 до 9, характеризує призначення транзистора згідно з таблицею 6.1;

Таблиця 6.1

Транзистори	Малої потужності	Середньої потужності	Потужні
Низької частоти	1	4	7
Середньої частоти	2	5	8
Високої частоти	3	6	9

4-й та 5-й – цифри від 01 до 99, визначають порядковий номер розробки транзистора;

6-й – літера від А до Я, показує параметричну групу технологічного типу.

Позначення площинних БТ, що розроблялися до 1964 р., але застосовуються й досі, складаються з трьох елементів:

1-й – буква “П”(або “МП” – для БТ з уніфікованим корпусом);

2-й – число (номер), що визначає призначення транзистора згідно з таблицею 3.2;

3-й – буква, що вказує на різновид транзистора.

Транзистори		Германійові	Кремнійові
Низької частоти	Малопотужні	Від 1 до 100	Від 101 до 200
	Потужні	Від 201 до 300	Від 301 до 400
Високої частоти	Малопотужні	Від 401 до 500	Від 501 до 600
	Потужні	Від 601 до 700	Від 701 до 800

Приклади позначень транзисторів (таблиця 6.2): ГТ 605А – германієвий біполярний транзистор середньої потужності високої частоти широкого застосування, номер розробки 05, група А; 2Т 144А – кремнієвий біполярний транзистор малої потужності низької частоти для пристроїв спеціального призначення, номер розробки 44, група А.

Таблиця 6.2

Транзистори		Германійові	Кремнійові
Низької частоти	Малопотужні	Від 1 до 100	Від 101 до 200
	Потужні	Від 201 до 300	Від 301 до 400
Високої частоти	Малопотужні	Від 401 до 500	Від 501 до 600
	Потужні	Від 601 до 700	Від 701 до 800

Транзистори		Германієві	Кремнієві
низької частоти	малопотужні	від 1 до 100	від 101 до 200
	потужні	від 201 до 300	від 301 до 400
високої частоти	малопотужні	від 401 до 500	від 501 до 600
	потужні	від 601 до 700	від 701 до 800

Транзистори		Германійові	Кремнійові
Низької частоти	Малопотужні	Від 1 до 100	Від 101 до 200
	Потужні	Від 201 до 300	Від 301 до 400
Високої частоти	Малопотужні	Від 401 до 500	Від 501 до 600
	Потужні	Від 601 до 700	Від 701 до 800

Будова сплавних транзисторів

Транзистор – це монокристал НП з двома - -переходами. На рисунку 6.1 схематично показано будову БТ - - та - - - типів та їх умовне графічне зображення.

Рисунок 6.1 – Умовне схематичне і графічне зображення БТ

Принцип дії транзисторів однаковий для обох типів провідності. Відмінність полягає лише в полярності джерел зовнішніх напруг і в напрямі струму через електроди. Тому надалі будемо розглядати тільки транзистори - - - типу, вважаючи всі висновки справедливими щодо транзисторів - - - типу.

Середню область БТ називають базою. -область, що відділена від бази - -переходом з меншою площею, називається емітером, а сам перехід називається емітерним переходом (ЕП). Аналогічно до цього крайня справа -область називається колектором, а перехід між ним та базою – колекторним переходом (КП).

Спосіб виготовлення сплавних малопотужних БТ низької частоти полягає у наступному, До пластини германію -типу з малим питомим опором ( Ом см) з двох боків притискують два шматочки індію. Потім пластину поміщають у піч, в якій створюється вакуум до 0,013 Па, і підвищують температуру. Індій розплавлюється, розчиняється з сусідніми шарами германію і під дією сил поверхневого натягу набуває форми сферичного сегмента (рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Будова сплавного БТ

Площа розплавленого індію визначає активну площу - -переходу. Після цього здійснюється охолодження всієї конструкції з постійною швидкістю зміни температури. Внаслідок цього відбувається рекристалізація областей. Шари германію, розчинені з індієм, мають у своїй кристалічній структурі тривалентні а томи акцепторних домішок і набувають провідності -типу. Ці -області відокремлюються від пластини -типу двома різними - -переходами.

Менша з акцепторних областей, як правило використовується як емітерна, більша – як колектор. Середня область із провідністю -типу виконує функцію бази. Частина бази, що знаходиться безпосередньо між емітером та колектором, через яку проходять носії, називається активною. До областей емітера та колектора припаюють нікелеві дротики, які утворюють невипрямлювальні контакти з індієм і виконують роль виводів. Гнучкий вивід бази, припаяний до пластини германію, з’єднується з герметизованим металевим корпусом. Виводи емітера і колектора зварюють з гнучкими металевими стержнями, які ізольовані від корпусу за допомогою скляних вставок.

При виготовленні транзистора дотримуються умови , , тобто враховується, що концентрація дірок в області емітера й колектора значно перевищували концентрацію електронів у базі. Крім того, ширина активної області бази має бути меншою від дифузійної довжини дірок: .