2.Полупроводниковые диоды

2.1.Импульсные диоды

Имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для работы в импульсных цепях . Они отличаются малыми ёмкостями p-nперехода (доли пФ), – за счет уменьшения площади перехода. Но из-за этого допустимые мощности невелики: 30-40 мВт.

Основные параметры :

• Ёмкость С_Д ;

• максимальное импульсное прямое напряжение U_пр.и.max

• максимальный импульсный ток I_пр.и.max

• время установления прямого напряжения на диоде t_уст

• время восстановления обратного сопротивления t_вос

Время восстановления - от момента изменения полярности U_пр наU_обрдо момента, когдаI_обрне достигнет 0,1 I_пр.За времяt_восдолжен быть “ликвидирован” накопленный в базе заряд Q_n неосновных носителей при инжекции. Это происходит за счет рекомбинации и обратного перехода носителей в эмиттер.

На участкеt₁токI_обрconst и ограничен внешним сопротивлением. За это время концентрация неосновных носителей в базе на границе перехода станет равновесной =p_n, но в глубине базы ещё остаётся неравновесный заряд.

Cмоментаt₁^l обратный ток уменьшается до своего статического значения. После полного рассасывания зарядаQ_n прекратится изменение обратного тока.

2.2.Полупроводниковые стабилитроны

– “опорные диоды” - предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании электрического пробоя p-nперехода при включении в обратном направлении.

Механизм пробоя:

• туннельный - у низковольтных, с низкоомной базой ;

• лавинный - у высоковольтных, с высокоомной базой.

Электрический пробой не переходит в тепловой.

Основные параметры:

• напряжение стабилизации U_ст –падение напряжения на стабилитроне при заданном токе стабилитрона;

• максимальный ток стабилитрона I_ст.max;

• минимальный ток стабилитрона I_ст.min;

• дифференциальное сопротивление на участке пробоя:

;

• температурный коэффициент напряжения стабилизации _cm:

Применяются в схеме параметрического стабилизатора напряжения параллельного типа: приращение напряжения питания U₁падает на балластном резистореR_б, а выходноеU₂остаётся неизменным.

Расчет коэффициентаК_ст :

Если U₁ изменится на U₁, тоU₂ изменится наU₂.Токи изменятся на

I₁= I_ст+ I_н

(U₁ - U₂ )/R_б= U₂ / r_ст.диф +  U₂ /R_н .

U₁ /  U₂ =R_б / r_ст.диф +R_б/R_н +1.

К_ст = U₂/U₁(R_б / r_ст.диф +R_б/R_н +1)

Пробойный режим не связан с инжекцией носителей и при переходе из области пробоя в область запирания и обратно нет инерционных явлений, связанных с накоплением или рассасыванием. Поэтому стабилитроны используют в импульсных схемах – фиксаторы уровня, ограничители.

3.Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы – полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими p-n–переходами: усилительные свойства транзистора обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.P–n–переходы образуются на границах чередующихся областей полупроводника с разными типами электропроводности:p-n-pлибоn-p-n.

3.1. Устройство транзистора и физические процессы в нормальном активном режиме

Средний слой - база,эмиттер- сильно легированная наружная область. Эмиттерный переход смещен прямо. Второй переход,–коллекторный, смещен в обратном направлении.

Различают:

1. бездрейфовыетранзисторы с равномерным распределением примеси в базе.

2. дрейфовыетранзисторы с неравномерным распределением примеси в базе: более высокая концентрация на границе с эмиттером и убывающая в направлении коллектора.

Рассмотрим работу бездрейфового транзистора. Через эмиттерный переход происходит инжекция неосновных носителей в базу, поэтому на границе базы с эмиттерным переходом их концентрация выше равновесной. За счёт градиента концентрации эти носители переносятся к коллекторному переходу, работающему в режиме экстракции. Большинство носителей, инжектированных в базу, не успевают в ней рекомбинировать, если её толщина w<L, и, достигнув коллектора, втягиваются в него, создавая ток коллектора.

Таким образом, ток коллектора создаётся за счёт тока эмиттера:

I_к=I_э+I_кб0;

 -коэффициент передачи тока эмиттера (h_21б в схеме с ОБ).

I_кб0- обратный ток коллекторного перехода при отключённом эмиттере, т.е. приI_э=0. меньше 1, т.е. токI_к– это часть токаI_э.Величинаучитывает, во-первых, потери в эмиттерном переходе, т.к. не весь ток эмиттера за счёт инжекции носителей в базу, часть его за счёт инжекции других носителей в эмиттер. Коэффициент инжекции: ;

Во-вторых, потери за счёт рекомбинации неосновных носителей на пути к коллектору:

Коэффициент переноса .

Чем тоньше база w, тем1. Таким образом,=. Для повышения1, эмиттер легируют значительно сильнее, чем базу: область эмиттера - низкоомная, область базы - высокоомная.

Ток I_кб0,– неуправляемая часть коллекторного тока, невелик, зависит от температуры, т.к. определяется концентрацией неосновных носителей в области коллектора и базы.

Ток базы складывается из рекомбинированных в базе неосновных носителей, тока инжекции от базы к эмиттеру и тока I_кб0:

I_б=(1-)I_э- I_кб0 .

Баланс токов (закон Кирхгофа): I_э= I_к+ I_б.

Ток базы мал: I_б<< I_э . Так как1 (от 0,95 до 0,995), I_к  I_э.