20. Конструктивные особенности свч диодов, классификация и область использования.

Слерхвысокочастотные (СВЧ) диоды подразделяют на смесительные (2А101 - 2А109 и др.), детекторные (2А201 - 2А203 и др.), параметрические (1А401 - 1Л408). переключательные и ограничительные (2А503 — 2А524), умножительные и настроечные (Э2А601 - 2А613), генераторные (3A703, ЗА705). Это специальные типы диодов, предназначенные для работы в сантиметровом диапазоне волн, которые характеризуются параметрами, важными для работы в этом диапазоне частот. Конструкция СВЧ диодов обычно приспособлена к сочленению с элементами коаксиального или волноводного тракта, с измерительными головками и другими деталями системы СВЧ. В длинноволновом участке СВЧ диапазона (3-10 см) основными типами корпуса являются металлокерамический или металлостеклянный патронного типа. В диапазоне волн 1-3 см габариты и емкость этих корпусов становятся недопустимо большими, и поэтому выпрямляющий контакт монтируется в корпусе коаксиального типа. В диапазоне миллиметровых волн используются волноводную конструкцию.

В устройствах миллиметрового диапазона волн (особенно интегральных) для построения мощных СВЧ усилителей широко применяют лавинно-пролетные диоды, а для построения СВЧ генераторов диоды Ганна. В этих диодах используется явление ограничения подвижности электронов в электрических полях с напряженностью выше критической, и в их вольтамперных характеристиках имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Ла-винно-пролетные диоды работают в режиме лавинного размножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода. В диодах Ганна (в структуре этих приборов нет выпрямляющего перехода) используется эффект возникновения электрических колебаний в пластине из арсенида галлия при приложении к ней постоянного напряжения, создающего электрическое поле с напряженностью более 105 В/м.

Выпускаемые промышленностью лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна рассчитаны на выходную СВЧ мощность в непрерывном режиме в несколько десятков милливатт. В импульсном ре-жиме эта мощность может быть повышена на несколько порядков. Для увеличения выходной мощности нужны лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна с большей площадью электронно-дырочного перехода и большей площадью тонкой пленки полупроводника. При этом они должны быть однородны не только по толщине, но и по площади.

21.Биполярные транзисторы, физические процессы и их обозначение.

БТ - полупроводниковые приборы с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n- переходами и тремя выводами или более, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

Физические процессы в биполярном транзисторе при усилении электрических сигналов рассмотрим на примере рис. 3.4. К транзистору подключают два источника ЭДС:   – ЭДС источника входного сигнала, и   – ЭДС источника питания (мощного источника). ЭДС   подключается так, чтобы эмиттерный переход был смещен в прямом направлении, а ЭДС   должна смещать коллекторный переход в обратном направлении. Тогда при отсутствии тока в цепи источника входного сигнала (во входной цепи транзистора) нет тока и в цепи источника питания (в выходной цепи). Строго говоря, в выходной цепи будет протекать очень маленький ток – обратный ток закрытого коллекторного перехода  , но им ввиду его малости можно пренебречь. Если же во входной цепи транзистора создать под действием источника   какой-то ток  , то дырки, являющиеся основными носителями в р-области эмиттера будут инжектироваться в область базы, где они становятся уже неосновными носителями. Те из них, которые попадают в зону действия электрического поля коллекторного перехода, будут испытывать со стороны этого поля ускоряющее, притягивающее действие и будут переброшены через границу раздела в область коллектора (область р-типа), где дырки уже являются основными носителями. Таким образом, в цепи источника питания появится ток – ток коллектора  , который, протекая, по сопротивлению нагрузки  , создает там падение напряжения:

,

(3.1)

которое является выходным сигналом усилителя и в точности повторяет все изменения входного сигнала.

Рис. 3.4. Движение носителей заряда и токи в биполярном транзисторе при активном режиме работы

Отметим, что не все носители, инжектированные из эмиттера в базу, достигают коллекторного перехода; часть из них рекомбинирует в базе по пути движения от эмиттерного перехода к коллекторному – ток  . Поэтому ток коллектора   принципиально меньше тока эмиттера .

Отношение этих токов характеризует коэффициент передачи по току:

.

(3.2)

Чтобы увеличить коэффициент передачи по току область базы делают тонкой, чтобы меньшее количество носителей рекомбинировало в ней, и, кроме того, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода, чтобы улучшить процесс экстракции носителей из базы. Таким образом, удается достичь величины коэффициента передачи по току   и более.

Несмотря на то, что в рассмотренной схеме усиления по току нет  , все же коэффициент передачи по мощности может быть значительно больше единицы за счет большого усиления по напряжению. Ведь даже при малой величине коллекторного тока   падение напряжения на сопротивлении нагрузки   может быть значительным, за счет большой величины напряжения источника питания. Отметим, что в транзисторах n-p-n типа все описанные процессы протекают точно также, но полярность источников   и  должна быть противоположной, а из эмиттера в базу будут инжектироваться электроны, и электроны же будут образовывать коллекторный ток в цепи источника  .

Следует отметить, что в процессе усиления электрического сигнала в транзисторе происходит изменение ширины базового слоя  , так как под действием внешних источников  и   толщина p-n-переходов изменяется, что в условиях малой ширины базового слоя происходит ее модуляция (данное явление получило название эффект Эрли). Это приводит к ряду особенностей:

1. Чем уже становится база, тем меньшее количество инжектированных носителей будет рекомбинировать в ней и, следовательно, большее количество их достигнет коллекторного перехода и будет участвовать в образовании тока коллектора  . Это приведет к изменению коэффициента передачи по току .

2. Изменение тока   при   приводит к зависимости   от  , т. е. к изменению сопротивления коллекторного перехода.

3. Поскольку при этом меняется заряд носителей в базе, то это приводит к изменению емкости p-n-перехода.

4. Изменение ширины базового слоя приводит к изменению времени прохождения зарядами базовой области, т. е. к изменению частотных свойств транзистора.

5. Изменение ширины базы влияет на величину тока   при неизменном значении  .