8. Варикапи та варактори. Вимоги до приладів. Основні параметри. Конструкція.

Варикапи – це НП діоди, у яких використовується залежність бар’єрної ємності pn переходу від зворотної напруги. Для використання до варикапу потрібно підвести зворотну напругу.

Основні параметри варикапів:

номінальна ємність, виміряна при даній зворотній напрузі U_зв;

максимально допустима зворотна напруга U_{зв max};

добротність варикапа Q, яка визначається відношенням реактивного опору до опору втрат.

Варикапи поділяють на підстроювальні (третій елемент позначення–1) і варактори (третій елемент–2).

Підстроювальні варикапи використовують, наприклад, для електронного підстроювання резонансної частоти коливальних контурів (рис.). На схемі рис. конденсатор С запобігає замиканню напруги зміщення через котушку індуктивності L. Ємність конденсатора значно перевищує бар’єрну ємність варикапа V1. Тому резонансна частота контуру дорівнює  = , де C_V1  ємність варикапа.

Регулюючи напругу зміщення, яка подається на варикап з потенціометра R2 через резистор R1, можна змінювати ємність приладу, а отже, і резонансну частоту контуру. Резистор R1 запобігає можливості шунтування коливаль­ного контуру при переміщенні повзунка потенціометра. Опір R1 вибирають більшим, ніж резонансний опір контуру.

Варактор (англ. vari (able) - змінний і act - дія) - НП діод, за принципом дії аналогічний варикапу. Використовується переважно як нелінійний елемент в помножувачах частоти, а також для посилення коливання в параметричних підсилювачах надвисокочастотного діапазону. Завдяки тому що при зміні напруги на діод від прямого до зворотного його ємність змінюється на кілька порядків, то він може бути використаний як змінний конденсатор.

Основні параметри варикапів:

ном. ємність, виміряна при даній зворотній напрузі U_зв;

макс. допустима зворотна напруга U_{зв max};

добротність варикапа Q, яка визначається відношенням реактивного опору до опору втрат.

З метою збільшення добротності варикапа необхідно збільшувати зворотний опір його pn  переходу і зменшувати опір бази.

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

Використовувати варикап рекомендується в діапазоні частот, де добротність макс., а втрати мінімальні.

8. Діоди Шотткі. Конструкція. Переваги та недоліки.

Діод Шотткі – це діод, в якому застосовується випрямний контакт металу з НП.

Як відомо, при співвідношенні робіт виходу електронів з металу і НП n типу Ф_н>Ф_м, та p- типу Ф_н<Ф_м у приконтактній області НП можна сформувати збіднений шар, який забезпечує вентильні властивості переходу (несиметрію ВАХ). При цьому випрямна дія діодів з контактами «метал-напівпровідник» (діодів Шотткі) ґрунтується на перенесенні заряду лише основними носіями, саме тому в цих приладах відсутнє явище інжекції неосновних носіїв при їх вмиканні та екстракції при вимиканні. Оскільки ці явища є інерційними у часі, то діоди Шотткі, позбавлені їх, відповідно вони виявляють підвищену порівняно з діодами на основі pn переходу швидкодію.

На швидкодію і частотні властивості діодів Шотткі також суттєво впливають бар’єрна ємність контакту і розподілений опір бази. Зменшення першої досягається збільшенням товщини збідненого шару, що додатково впливає на збільшення пробивної напруги діода і зменшення ймовірності небажаного тунельного ефекту на потенційному бар’єрі.

Зниження другого досягається збільшенням концентрації домішок у базі діода (для поліпшення частотних властивостей застосовують n-бази, оскільки електрони мають рухливість вищу, аніж дірки). Оскільки мінімізація ємності контакту і опору бази є процесами суперечливими (адже одночасне задовільнення цих умов вимагає відповідно зменшення та збільшення концентрації донорних домішок), то у конструкції діодів Шотткі доцільно застосовувати двошарову базу, де n-шар низьколегований, і в ньому переважно розміщується збіднена область бар’єра Шотткі, а n⁺-шар – високолегований, бо саме він забезпечує мале значення розподіленого опору бази.

Ще однією перевагою діодів Шотткі є менше падіння напруги на приладі у відкритому стані (рис.).

Недоліком діодів Шотткі є більші приблизно на 3 порядки зворотні струми порівняно з діодами на основі p-n  переходу.

Потужні діоди Шотткі з площею переходу в декілька квадратних міліметрів при U_пр = 0,4-0,6 В, I_пр<10 А і граничною частотою кілька сотень кГц застосовуються в перемикачах джерел живлення. Швидкодіючі бар’єри Шотткі широко використовується в мікросхемотехніці.

Рис. 1. Прямі гілки ВАХ: 1 – діода Шотткі; 2 – діода на основі p-n  переходу

Рис. 1. Прямі гілки ВАХ: 1 – діода Шотткі; 2 – діода на основі p-n  переходу