37. Импульсные диоды. Переходные процессы при работе от генератора напряжения.

Импульсные диоды должны иметь быструю реакцию на импульсы напряжения или тока, то есть обладать малым временем перехода из закрытого в открытое состояние и наоборот. Время определяется временем перезаряда и временем накопления – рассасывания неравновесных носителей в областях, прилегающих к p-n переходу. Для быстроменяющихся сигналов эквивалентная схема диодов имеет вид: - сопротивление идеального безынерционного перехода, - сопротивление объемов p и n областей и подводящих контактов.

Рис. Схема замещения импульсного диода Рис. Схема переключения диода

- ограничивающий ток резистор, - нагрузка, - внутренние сопротивление генератора.

Характер переходных процессов зависит как от уровня переключающего сигнала, так и от внешней цепи диода. При малых сигналах прямой ток не создает в p - и n - областях заметной концентрации неравновесных носителей. В этом случае инерционность определяется только . При больших сигналах перезаряжается большим током и время перезаряда мало. Но при этом проявляются процессы накопления и рассасывания неравновесных носителей в областях, прилегающих к p-n переходу.

Переходные процессы при работе от генератора напряжения.

, то есть напряжение на диоде задается внешним источником и мало зависит от тока. В этом случае напряжение на диоде определяет граничную концентрацию неравновесных носителей, а градиент концентрации определяет ток. В момент на границе перехода за счет инжекции почти мгновенно появляются неравновесные дырки. А так как в этот момент неравновесных дырок в глубине n-области нет, то градиент их концентрации оказывается большим, что определяет повышенную амплитуду прямого тока. Затем по мере диффузии дырок в глубь n-области при градиент их концентрации уменьшается, что уменьшает ток . В момент возросшая рекомбинация неравновесных носителей уравновешивает инжекцию, накопление носителей прекращается .

Рис. Переходной процесс переключения диода в схеме с генератором напряжения (режим большого сигнала)

Рис. Распределение концентрации неравновесных носителей при включении диода в схеме с генератором напряжения.

Возможен другой характер переходного процесса, если - достаточно велико, то начальный скачок тока создает на нем заметное падение напряжения, которое уменьшает первоначальное напряжение на самом переходе. Затем по мере накопления неравновесных носителей - уменьшается, а значит, уменьшается и . Напряжение на переходе - возрастает, возрастает и , а значит, увеличивается и . - время установления прямого сопротивления. При перемене полярности напряжения на обратную при концентрация неравновесных носителей на границе p-n перехода должна скачком упасть до нуля: .

Рис. Распределение концентрации неравновесных носителей при выключении диода в схеме с генератором напряжения (обратный ток не ограничен)

Около p-n перехода получается очень большой градиент концентрации неравновесных дырок, под действием которого они начнут переходить через обратно смещенный переход из n-области в p – область, создавая первоначально большой обратный ток. Однако более реален другой случай. Всё таки . Поэтому скачок (выброс) обратного тока ограничивается величиной: .

При этом рассасывание неравновесных носителей идет с постоянным градиентом их около перехода, и переход в момент времени открыт. Затем идет этап рассасывания неравновесных носителей, концентрация которых уменьшается за счет рекомбинации и перехода через переход.

Рис. Распределение концентрации неравновесных носителей при выключении диода в схеме с генератором напряжения (обратный ток ограничен)

- время восстановления обратного сопротивления диода – основной временной параметр импульсного диода (в справочнике он указывается для некоторого определенного тока).В зависимости от быстродействия . Кроме временных параметров, импульсные диоды характеризуются всем набором параметров выпрямительных диодов. К импульсным диодам относят маломощные диоды Шоттки.

К импульсным диодам относят диоды с накоплением заряда ДНЗ – применяются для формирования коротких, быстроспадающих импульсов тока. Рабочий участок – переходной процесс переключения диода. В диодах ДНЗ принимаются меры для уменьшения времени спада импульсов. Для этого в базе диода ДНЗ создаётся встроенное электрическое поле. Это поле ускоряет рассасывание неравновесных носителей, то есть уменьшает .

Рис. Диод с накоплением заряда

38. Структура и принцип работы биполярных транзисторов.

Транзистор - полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и преобразования электрических сигналов. Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый триод, имеющий два взаимодействующих между собой p-n -перехода, которые сформированы в одном монокристалле "полупроводника. Упрощенные структуры транзисторов приведены на рис. 10.1, а, б, а их условные обозначения — на рис. 10.1, в, г. Корпус (окружность) изображают, если он является элементом монтажа, или есть вывод корпуса.

От типа проводимости крайних слоев есть транзисторы p-n-p и n-p-n типа. Принцип действия, параметры и вид ВАХ р-n-р и n-р-n транзисторов одинаков. В транзисторах р-n-р типа основную роль играют дырки, а в транзисторах n-р-n типа - электроны, то рабочие направления токов и полярности прикладываемых к переходу напряжений для транзисторов разных типов противоположны. В современной технике применяют оба типа, но при прочих равных условиях Si n-р-n транзисторы имеют преимущества перед р-n-р. По этой причине и для определенности в дальнейшем процессы будем анализировать на примере транзисторов n-р-n типа. Одна из крайних областей имеет максимальную степень легирования, эта область называется эмиттерной областью, а p-n переход, граничащий с ней – эмиттерным. Другая крайняя область называется коллекторной, а второй переход – коллекторным. Средняя область транзистора называется базой. W_б – её ширина. Различают металлургическую и активную ширину базы. В будущем под W_б понимать W_бА.

Рис. 10.2. Концентрация носителей в структуре транзистора (а) и зонные диаграммы транзистора в равновесном состоянии (б)

Характер легирования базы и обусловленный им механизм переноса носителей через область базы определяет две разновидности биполярных транзисторов. Если база легирована неоднородно: около эмиттера выше, чем у коллектора, то в ней существует встроенное электрическое поле. Механизм движения носителей в такой базе преимущественно дрейфовый, а транзисторы с неоднородно легированной базой называют дрейфовыми. В бездрейфовых транзисторах база однородна, встроенного поля нет, механизм движения носителей чисто диффузионный. В нормальном режиме работы эмиттерный p—n переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Такое смещение можно получить в трех схемах включения.

Схема ОБ	Схема ОЭ
Схема ОК	Рис.10.4 Схемы включения транзистора

Хотя каждая из схем включения имеет различные свойства, физические процессы в структуре транзистора одинаковы, проще всего анализировать сперва схему ОБ.

Р.10.5. Зонная диаграмма транзистора при нормальном включении

Эмиттерный переход в транзисторе всегда несимметричен, то есть степень легирования эмиттера на несколько порядков выше степени легирования базы, поэтому его прямой ток в основном переносится электронами, которые инжектируются из эмиттера в базу. Встречная инжекция дырок из базы в эмиттер мала. Электроны, инжектированные в базу, там оказываются неравновесными неосновными носителями. Концентрация определяется напряжением на эмиттерном переходе _. То есть концентрация электронов в базе около эмиттера оказывается повышенной, в то же время концентрация электронов в базе на границе с коллекторным переходом равна нулю, так как обратно смещённый коллекторный переход отсасывает все электроны из базы как неосновные носители. Концентрация электронов в базе на границе с коллекторным переходом определяется запирающим напряжением на нем и при равна . В базе при инжекции появляется градиент концентрации электронов, под действием к-го они диффундируют от эмиттера к коллектору. В дрейфовом транзисторе эта диффузия ускоряется встроенным электрическим полем. При этом очень небольшая часть инжектированных эмиттером электронов рекомбинирует в базе, а основная их часть доходит до коллектора. Там они захватываются полем его области объемного заряда и перебрасываются в коллектор. , , . Ток эмиттера почти полностью передается в коллектор, и всякое изменение тока эмиттера сопровождается соответствующим изменением . Усилительную способность транзистора можно объяснить следующим образом: , . Для перевода электронов через прямосмещенный эмиттерный переход нужно затратить энергию - она затрачивается на уменьшение потенциального барьера эмиттерного перехода. Эти электроны, проходя базу и попадая в ускоряющее поле объёмного заряда коллекторного перехода, увеличивает свою энергию на . Отсюда, так как , усиление по мощности будет равно . Так как - прямое напряжение, то это десятые доли В. - напряжение на обратно смещенном переходе и может быть единицы, десятки и сотни В. Поэтому .