6. Варикапы

Варикап — полупроводниковый прибор, действие которого ос­новано на использовании зависимости емкости от обратного на­пряжения. Он предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Ж

С пф

/150

-50

U_o6p.B -80 -40 О

Рис. 1.22. Зависимость барь­ерной емкости от обратного напряжения (а) и условное графическое обозначение ва­рикапа (б)

При рассмотрении свойств р-п перехода говорилось, что его барьерная емкость уменьшается с увеличением обратного на­пряжения (рис. 1.22,а). Поэтому варикап работает при обрат­ном напряжении на р-п переходе. Варикапы изготовляются на основе кремния и используются в электронных схемах в качестве переменной емкости. Например, для автоматической подстройки частоты, частотной модуляции.

100

Основными параметрами варикапов являются: номинальная емкость С между выводами при заданном обратном напряже­нии; коэффициент перекрытия по емкости Кс — отношение ем­костей варикапа при двух заданных значениях обратного напря­жения; добротность Q — отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при за­данном значении С или U_Dбр; температурный коэффициент ем­кости с^; максимально допустимое обратное напряжение U_o6р._макс и максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Условное графическое обозначение варикапа приведено на рис. 1.22,6.

7. Типы и система обозначений диодов

По исходному материалу диоды могут быть кремниевые или германиевые, по назначению и характеристикам — выпрямитель­ные, детекторные, импульсные, туннельные, стабилитроны, вари­капы и др. Выпрямительные диоды подразделяют по величине мощности: малой, средней и большой.

Для схем с большим количеством параллельно или последо­вательно соединенных диодов промышленность выпускает полу­проводниковые столбы и блоки. Полупроводниковый столб пред­ставляет собой совокупность выпрямительных диодов, соединен­ных последовательно и объединенных конструктивно в одном корпусе с двумя выводами. Полупроводниковый блок состоит из выпрямительных диодов, соединенных по определенной электри­ческой схеме и объединенных конструктивно в корпусе, имею­щем более двух выводов.

Систему обозначений полупроводниковых приборов, состоящую из букв и цифр, устанавливает ГОСТ 10862—72. По этой системе обозначение диода со­держит четыре элемента.

Первый элемент — буква или цифра, обозначающая исходный материал: Г или 1 — германий и его соединения, К или 2 — кремний и его соединения, А или 3 — арсенид галлия и другие соединения галлия. Цифры используют для приборов специального назначения.

Второй элемент — буква, указывающая класс прибора по структуре и на­значению; Д — выпрямительные, детекторные и импульсные диоды, Ц — вы­прямительные столбы и блоки, С — стабилитроны и стабисторы, А — СВЧ-дио- ды, И — туннельные диоды, В — варикапы и т. д.

Третий элемент — трехзначное число, первая цифра которого указывает груп­пу по качественным свойствам, две следующие — порядковый номер разработ­ки, а для стабилитронов — напряжение стабилизации. В справочниках приво­дятся таблицы этих групп по сотням.

Например, для выпрямительных диодов малой мощности (на токи до 0,3 А) третий элемент — число от 101 до 199; средней мощности (на токи от 0,3 до 10 А) — от 201 до 299; выпрямительных блоков и столбов малой мощности — от 301 до 399; средней мощности — от 401 до 499. Для импульсных диодов первая цифра характеризует время обратного восстановления: при /_Вос.об_Р > >150 не третий элемент — от 501 до 599, при 30<^_Вос.об_Р^ 150 не — от 601 до 699, при 5 < /вое обр ^30 не — от 701 до 799, при 1 < t_BOQMbp ^5 не — от 801 до 899, при /_{ВОС О}бр< I не — от 901 до 999.

Для туннельных диодов, СВЧ-диодов и варикапов первая цифра третьего элемента определяет их назначение. Например, туннельные диоды 'усилительные имеют третий элемент от 101 до 199, генераторные — от 201 до 299 и т. д.; СВЧ-диоды смесительные — от 101 до 199, детекторные — от 201 до 299 и т. д.; варикапы подстроечные — от 101 до 199.

Третий элемент обозначения стабилитронов также представляет трехзнач­ное число и дается в справочниках по сотням в зависимости от мощности и напряжения стабилизации. Первая цифра при малой мощности (до 0,3 Вт), с напряжением стабилизации до 10 В — 1, от 10 до 99 В — 2, от 100 до 199 В — 3; при средней мощности (от 0,3 до 5 Вт) аналогично три гр,уппы в зависимости от напряжения стабилизации с первой цифрой, соответственно, 4, 5, 6; при большой мощности (более 5 Вт) — 7, 8, 9. Следующие две цифры от 01 до 99 обозначают: при напряжении стабилизации до 10 В—увеличенное в 10 раз на­пряжение стабилизации, от 10 до 99 В — номинальное напряжение стабилиза­ции, от 100 до 199 В — уменьшенное на 100 номинальное напряжение стаби­лизации.

Рис. 1.23. Конструкция кремниевых диодов малой (а) и средней (б) мощности и их внешний вид (в, г); мощный диод ВК-50 с радиатором охлаждения (<?); / — внешний вывод анода; 2 — трубка; 3 — стеклянный изолятор; 4 — корпус; 5 — внутренний вывод анода; 6 — алюминий; 7 — кристалл кремния /г-типа; 8 — кристаллодержатель; 9 — внешний вывод катода; 10 — теплоотводящее основание

а б в д

Четвертый элемент — буква, указывающая разновидность типа из данной группы приборов по значениям параметров; для стабилитронов — очередность разработки.

Примеры обозначения диодов:

ГД107Б — германиевый выпрямительный диод малой мощности, номер раз­работки 07, группа Б;

КД208А — кремниевый выпрямительный диод средней мощности, номер раз­работки 08, группа А;

КЦ405В — кремниевый выпрямительный блок средней мощности, номер раз­работки 05, группа В;

КС211Б — кремниевый стабилитрон малой мощности, с напряжением стаби­лизации 11 В, группа Б; КС147А — то же, малой мощности, с напряжением ста­билизации 4,7 В, группа А; КС620А — то же, средней мощности, с напряжением стабилизации 120 В, группа А:

АИ101В — диод туннельный из арсенида галлия, предназначен для работы в усилительных схемах, номер разработки 01, группа В;

КВ110Г — кремниевый варикап, подстроечный, номер разработки 10, группа Г;

АД516Б — диод арсенидогаллиевый точечный импульсный, ^_Восов_Р>-150 не, номер разработки 16, группа Б.

В эксплуатации еще находятся диоды, выпущенные промышленностью до ввода в действие настоящего ГОСТ, которые имеют старые обозначения; напри­мер, выпрямительные диоды Д7Ж (германиевый), Д205, Д226В, Д245 (крем­ниевые), а также стабилитроны Д808, Д814А (Б, В, Г).

Диоды большой мощности, называемые силовыми, выпускаются промыш­ленностью на токи 10 А и выше (до 2000 А) и обратные напряжения до 3500 В. Они предназначены для применения в силовых цепях электротехниче­ских устройств в качестве вентилей. Силовые диоды имеют другую систему обозначений: например, ВК-200 — вентиль кремниевый, на прямой ток 200 А.

Конструкция и внешний вид диодов различной мощности даны на рис. 1.23.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте вольт-амперную характеристику полупроводникового диода и объ­ясните его принцип действия.

2. Чем отличаются свойства германиевых и кремниевых диодов?

3. Перечислите и дайте формулировку основных параметров диода и покажите на вольт-амперной характеристике, как определяются сопротивления диода в прямом и обратном направлениях.

4. Нарисуйте вольт-амперную характеристику кремниевого стабилитрона и по­кажите на ней рабочий участок.

5. Нарисуйте схему включения стабилитрона и поясните принцип стабилиза­ции напряжения на нагрузке.

6. Объясните назначение и принцип действия импульсных диодов.

7. Каково назначение и принцип действия туннельных диодов?

8. Какой прибор называют варикапом и для чего Он применяется?

9. Объясните буквенно-цифровую систему обозначения диодов.