69016

МОДЕЛІ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУР

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Барєрна ємність визначається нерухомими іонами атомів домішок дифузійна рухомими носіями заряду. Барєрна ємність існує при зворотній напрузі дифузійна при прямій. Барєрна ємність Барєрну ємність СБАР утворює обємний 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

52789. “ОЙ РОДЕ НАШ КРАСНИЙ, РОДЕ НАШ ПРЕКРАСНИЙ…” ВИХОВНИЙ ЗАХІД 81 KB
  Батько мати брат сестричка І всі інші члени роду Всі належать до одного Українського народу. дійові особи: мати батько хлопчик дівчинка Дівчинка. Мати. Заходь доню будемо хліб виймати На рушник долі його викладати.
52790. Виховання духовності на уроках образотворчого мистецтва 56.5 KB
  Учитель музики: Україна це щира пісня яка завжди була поруч з людиною у радості і смутку у праці і відпочинку. Це пісня. Сьогодні пісня у нас в гостях. Входить дівчинка в українському вбранні та виконує українську пісню Учитель образотворчого мистецтва: І полетіла пісня неозорими просторами України полями та лісами горами та полонинами містами та селами.
52791. Наш край у 1960-1980-ті роки. Дудчани: на вістрі часу і подій 77.5 KB
  Випереджувальне завдання: підготувати звіт груп про соціологічне опитування мешканців села Дудчани ХІД УРОКУ І. А що думають пересічні громадяни нашої країни зокрема села про ті часи ІІІ. Вивчення нового матеріалу Звіт про соціологічне опитування мешканців села Дудчани 1 група. У процесі облаштування ділянки біля Будинку культури та насадженні липової алеї в честь загиблих у Велику Вітчизняну війну односельчан брали участь жителі села учні школи та вчителі.
52792. Тематична відкрита виховна година-зустріч в 4-Б класі до Дня Збройних Сил України «У здоровому тілі – здоровий дух» 121.5 KB
  Україна Учитель: Україна Край наш рідний Золота чарівна сторона Земля твоя рястом уквітчана зелом закосичена. Учитель: Діти. Учитель: Так діти козаки горді веселі кмітливі й незалежні сміливі і відважні сильні спритні здорові духом.Степаненка Питання Відповіді Учитель: Подякуємо діти і привітаємо зі святом Юрія Івановича.
52793. Влияние духовной жизни на здоровье человека 33.5 KB
  Донецка Интегрированный урок курсов Этика и Основы здоровья в 5м классе на тему Влияние духовной жизни на здоровье человека Подготовила: учитель Пак В. Тема: Влияние духовной жизни на здоровье человека. Цель урока: рассказать ученикам о влиянии духовной жизни на здоровье человека; подвести их к выводу о взаимосвязи духовного и физического здоровья; привить стремление к духовнонравственному благополучию; формировать ответственность за свое здоровье жизнь и здоровье других людей. На прошлом уроке мы с вами говорили о том что...
52794. Урок духовності. Весна – красна 53 KB
  Хід уроку Учитель: Доброго дня учні Доброго дня гості Сьогодні ми побуваємо в гостях у наших предків ознайомимося з національними скарбами українського народу щоб зрозуміти наскільки багата наша культура і невичерпна духовність. Пісня В саду гуляла Учитель: Традиції залишаються вірними собі. Пісня Два кольори Учитель: традиції залишаються а земля змінюється і оновлюється. Учитель: 1 березня 14 березня за новим стилем день Явдохи це свято є вісником весни.
52795. СТАНОВЛЕНННЯ ДУХОВНОСТІ ОСОБИСТОСТІ 32 KB
  Вибір соціальногуманістичного змісту життя диктує шляхи й засоби реалізації високого суспільного ідеалу виховання вільної гармонійної духовноінтелектуальної високоморальної творчої особистості адаптованої до нових умов різнобічно розвиненої соціально зрілої яка успішно засвоює цінніснонормативний досвід попередніх поколінь людства й свого народу виробляючи свій власний досвід діяльності творчості спілкування. Де пролягає шлях до духовності учня Насамперед через духовність вчителя мудрого наставника який...
52796. Наша дума, наша пісня – не вмре, не загине 57.5 KB
  Київ В сценарії висвітлено роль значення і невичерпну силу пісні в житті людини від прапрадівських часів до наших днів. Армійські маршові пісні. Стрілецькі пісні. Пісні про Велику Вітчизняну війну.
52797. Любов’ю збережемо здоров’я нації 37.5 KB
  Але набагато страшнішим є те що люди не лише ламають свою вагу а й втручаються в роботу дитячих ваг ламаючи їх в присутності дітей зважують своєю зламаною вагою вчинки інших навязуючи свої помилкові твердження словом грають на струнах дитячих душ. Ми вчителі дуже раділи коли за такий короткий час підготували дітей до виступу. Та як ми були здивовані спостерігаючи за реакцією батьків на виступ дітей. А ця неприязнь до чужих дітей передається власним діткам.