69016

МОДЕЛІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУР

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Бар’єрна ємність визначається нерухомими іонами атомів домішок дифузійна рухомими носіями заряду. Бар’єрна ємність існує при зворотній напрузі дифузійна при прямій. Бар’єрна ємність Бар’єрну ємність СБАР утворює об’ємний заряд нерухомих позитивних іонів атомів домішок Q який розміщується...

Украинкский

2014-09-28

160 KB

0 чел.

   7.МОДЕЛІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ  СТРУКТУР

          7.1.Ємності р-n переходу. Варікапи

      Поняття ємності переходу пов’язане з нагромадженням об’ємних зарядів. Існує бар’єрна та дифузійна ємності. Бар’єрна ємність визначається нерухомими іонами атомів домішок, дифузійна – рухомими носіями заряду. Бар’єрна ємність існує при зворотній напрузі, дифузійна – при прямій.

     7.1.1. Бар’єрна ємність

      Бар’єрну ємність (СБАР) утворює об’ємний заряд нерухомих позитивних   іонів атомів домішок Q, який розміщується по обидви боки р-n переходу (рис.7.1).

                                   Q =S e δ N

де δ=     .

                                        Рис. 7.1.  P-n перехід при зворотній температурі:

                                      а- структура   р-n переходу;  б- вольт-фарадна характеристика

      При зміні напруги   UЗВ змінюеться товщина  р-n-переходу та об′ємний заряд Q в ньому.

      Тоді можна записати

                                СБАР=   ,                                      (1)

де S-площа переходу.

      З формули (1) виходить , що з ростом напруги UЗВ ємність СБАР зменшується . Ця залежність має назву вольт-фарадна характеристика.

7.1.2. Дифузійна ємність

      З подачею прямої напруги з′являється дифузійний струм завдяки інжекції основних носіїв заряду (дірок) з емітера в базу, що утворює нерівноважений заряд бази QБ (рис.7.2).

                           Рис. 7.2.  Структура р-n переходу при прямій напрузі

      

      Наявність заряду QБ визначає появу дифузійної ємності переходу CДИФ , яку можна визначити відношенням приросту нагромадженого заряду ΔQБ до зміни прямої напруги на переході UПР

                                                   CДИФ=

      Заряд ΔQБ залежить від прямого струму ІПР , часу життя дірок р і тривалості імпульса напруги tI

                

                                                   QБ=І ПРּτРּ(1-)

               τР =10-7...10-10 с,  tI  >> τР ,  тому  →0   і  QБ=ІПРּ τР 

      Тоді

                                    CДИФ=   .

      Як відомо , при прямій напрузі , ВАХ діода описується за формулою

           ІПР=І0ּ(-1)  ,   оскільки   >>1, тому  ІПР І0  .

      Тоді                 CДИФ= τР І0 = ІПР τР  .

      Таким чином , дифузійна ємність залежність від прямого струму ІПР , часу життя дірок τР , температури Т.

      Хоча накопичення нерівноважних рухомих носіїв заряду здійснюється не в переході , а в базі, для зручності аналізу, дифузійну ємність вважають складовою ємності р-n переходу , підключеною паралельно до бар′єрної                     ємності (рис.7.3).

                           Рис.7.3.  Залежність дифузійної ємності СДИФ від напруги

        7.2 . Моделі діодних структур

      Моделлю будь-якого об′єкту називається таке його представлення, яке відповідає за своїми властивостями досліджуємому об′єкту і дозволяє замінити його при дослідженні, проектуванні, вивченні.

      Модель в електроніці може бути в аналітичній формі – формула , в графічній – ВАХ, електричною схемою заміщення, фізичною структурою.

      З урахуванням динамічної складової формулу для ВАХ діода можна записати в такому виді

                                       і=І(u)+CД  ,

де перша складова є статичним струмом, а друга є динамічним (CД-ємність діода, CД= CБ+ CДИФ).

      При аналізі і синтезу схем з н/п діодами застосовується модель, яка є схемою заміщення або еквівалентною схемою н/п діода(рис.7.4).

               Рис.7.4.   Моделі р-n структури:

                                                            а-фізична модель;  б-схема заміщення

      Ємність переходу СП= CБАР + CДИФ , залежить від напруги;

RП - опір переходу ,  RП= (з ВАХ);

rЕ , rБ – розподілений опір емітера , бази та їх виводів;

LВ – індуктивність виводів;

СВХ, СВИХ, СК – вхідна , вихідна та конструктивна ємності діода.

      Концентрація дірок в емітері (р - області) в 10-100 разів більша За концентрацію електронів в базі (n - області) . Це означає , що rЕ << rБ . Окрім того, значення LВ і СК невеликі. Тому схему заміщення діода можна зобразити в спрощеному вигляді (рис.7.5).

 Рис.7.5. Спрощена схема заміщення р-n структури

      Зі схеми заміщення н/п діода видно , що ефективність його роботи з ростом частоти зменшується. Це зв′язано з наявністю ємності р-n переходу , яка його шунтує , опору об′єднаної області переходу та наявністю опору слабо лігованої області бази.

      Ємність кремнієвих діодів при зворотній напрузі  (і прямій  до 0,4...0,5 В) буде бар′єрною. При більшій прямій напрузі вона стає дифузійною.

                                                7.3.ВАРІКАП

                              

      На властивості р-n переходу змінювати значення бар′єрної ємності при зміні зворотної напруги базується робота напівпровідникового діода-варікапа.

      Варікап – це н/п діод, який застосовується як електричний конденсатор, ємність якого регулюється напругою.

      Основне призначення варікапів  - електронна настройка коливального контура підсилювачів , генераторів , модуляторів , фазообертачів та інш.

                             7.3.1. Схеми підключення варікапів

                       Рис.7.6.  Схема включення варікапа

      На рис.17.6 варікап CВ підключається паралельно до LC-контуру . Управління ємністю варікапа виконується постійною напругою U , яка знімається з потенціометра .

      Конденсатор CР служить для того , щоб індуктивність L  не закорочувала варікап по постійному струму. CР >> CВ , тому що конденсатор CР на ємність контура не впливає.

      Резистор R1 – високоомний, він служить для того , щоб джерело постійної напруги управління не шунтувало варікап.

      Розглянута схема має недолік – змінна напруга контура прикладається до варікапу , і тому його ємність змінюється. Це призводить до розстроювання контура . Щоб позбавитись цього недоліка використовують іншу схему , де ставлять два варікапи , які включені послідовно назустріч один одному (рис.7.7). 

                        Рис.7.7.  Схема включення варікапів

В такій схемі при будь-якій зміні напруги на контурі  ємність одного варікапа  збільшується , а другого – зменшується , загальна ж ємність не змінюється. По постійній напрузі варікапи підключені паралельно , тому обидва управляються однаковою напругою управління.

      Варікапи можуть застосовуватися також для модуляції сигнала. в цьому випадку сигнал модуляції подається на виводи варікапа, і за його законом буде  змінюватись амплітуда коливання.

      Різновидом варікапів є варактори та параметричні діоди . Варактори – це високочастотні варікапи , які мають ємність не більше 1 пФ. Вони використовуються в помножувачах частоти ,  дільниках , параметричних підсилювачах.

                           7.3.2.ПАРАМЕТРИ  ВАРІКАПІВ

Назва параметру

Фізичний зміст

номінальна ємність СНОМ

(десятки сотні пФ)

ємність між виводами варікапа при номінальній напрузі зміщення (UНОМ)

максимальна ємність СМАКС

ємність варікапа при заданій мінімальній напрузі зміщення (UМІН)

мінімальна ємність СМІН

ємність варікапа при заданій напрузі зміщення (UМАКС)

коефіцієнт перекриття КС=

(десятки)

відношення максимальної ємності   діода до мінімальної

добротність   QБ=; QБ=

відношення реактивного опору варікапа до повного опору при номінальній частоті та Т=200 С

максимально допустима напруга UМАКС

максимальне миттєве значення змінної напруги, яка забезпечує заданну надійність

ТКЕ=·

відношення відносної зміни  ємності при заданій напрузі до викликавшої її абсолютної зміни температури навколишнього середовища

максимальна допустима потужність РМАКС

максимальне значення потужності, яка розсіюється на варікапі, при якій забезпечується задана надійність при довготривалій роботі

 

     Частотний діапазон використання варікапа обмежується його добротністю QБ , яка не повинна бути менше добротності коливного контура , в якому він встановлений. Добротність варікапа залежить від частоти (рис.7.8).

 

На НЧ Q = ω СБАР rn

         На ВЧ Q =

                 Рис.17.8.  Схеми заміщення варікапа:

                       а- на низькій частоті ; б – на високій частоті

            

6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35248. Тема: Знаходження значення інтеграла по формулам НьютонаКотеса. 25 KB
  Мета: Навчитися знаходити значення інтеграла по формулам Ньютона-Котеса. Скласти програму.
35249. Знаходження інтеграла за формулами прямокутників 24 KB
  Навчитися знаходити значення інтегралу за формулами прямокутників. Скласти програму.
35251. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму 29 KB
  Тема. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму. Мета. Навчитися обчислювати інтеграл по формулі Сімпсона; склаcти алгоритм.
35252. Основи конституційного права України 115.5 KB
  начно радикальніший проект Конституції України було опубліковано у вересні 1905 р. в першому числі часопису Української народної партії Самостійна Україна під назвою Основний закон Самостійної України спілки народу українського. Цей проект передбачав повну самостійність України, територія якої мала складатися з девяти земель.
35253. Знаходження власних чисел і векторів матриці по методу Крилова 81.5 KB
  Знайти одне з власних чисел і відповідний йому власний вектор матриці А по методу Крилова (використати результати лабороторної роботи № 18).
35254. Метод Ейлера вирішення задачі Коші 81 KB
  Мета. Навчитися будувати розв’язок задачі Коші по методу Ейлера. Скласти програму. Устаткування: папір формату А4, програмне забезпечення Borland С++, ПК
35255. Програмування циклів 152 KB
  code початок сегменту кода strt: початок модулю strt mov x@dt запис в регістр ах всіх адрес змінних mov dsx запис в регістр ds вмісту регістру ах mov cx len пересилка len в регістр cx xor xx обнуління регістру ах jcxz exit перехід на мітку exit если сх. jne m1 перехід на мітку m1 виконується якщо не еквівалентні ms[si] з нулем inc l збільшення вмісту регістру l на 1 m1: мітка m1 inc si збільшення si на 1 loop cycl організація...
35256. Лебеговское продолжение меры. Мера в R 470.5 KB
  Пусть задано множество X и – полукольцо его подмножеств, на котором задана мера m. Мера, заданная на кольце K называется продолжением меры m, если и для всех выполняется