Курсовая работа Двухполупериодные выпрямители Electronics Workbench Особенности микроволнового диапазона Статическое и дифференциальное сопротивления Туннельный диод Объемное отрицательное сопротивление

Выполнение курсовой, контрольной работы по физике, электротехнике

Статическое и дифференциальное сопротивления

Дифференциальное сопротивление определяется выражением Rдиф = dU/dI и характеризует крутизну ВАХ в рассматриваемой точке. Для идеализированного перехода по формуле (3.16) можно получить аналитическое выражение:

  (3.18)

Для прямой ветви ВАХ, где I>>I0,

  (3.17а)

При комнатной температуре . Выразив I в миллиамперах, получим широко используемую для оценок формулу:

 (3.19)

Статическое сопротивление определяется выражением Rст = U/I. Модель выпрямителя с учетом активных сопротивлений в фазах В модели выпрямителя, учитывающей влияние сопротивлений r в фазах выпрямителя, т.е. внутреннее сопротивление вентилей (идеализированный вентиль с потерями) и сопротивления обмоток трансформатора, это влияние сводится в основном к снижению выпрямленного напряжения пропорционально току .

  Зависимость Rдиф и статического сопротивления Rст от напряжения показана на рис.3.3. При прямом напряжении Rдиф мало и убывает с ростом напряжения, а при обратном очень велико. Дифференциальное сопротивление называют также сопротивлением переменному току.

Рис. 3.3. Зависимость динамического Rдиф и статического сопротивления Rст от напряжения

Барьерная емкость

Обедненный слой перехода подобен конденсатору, так как в нем «связаны» равные по величине, но противоположные по знаку заряды ионов акцепторов Qa и доноров Qд (|Qa|=Qд). Так как эти заряды определяют потенциальный барьер, то и емкость называется дифференциальной барьерной.

(3.20)

Зависимость Сб от напряжения (вольт-фарадная характеристика) показана на рис.3.4. Значение барьерной емкости при U= 0.

  (3.21)

Рис.3.4. Вольт-фарадная характеристика p-n-перехода

Используя (3.21), можно переписать (3.20) в более простом виде:

.  (3.22)

Диффузионная емкость

Эта емкость связана с наличием в р- и n-областях избыточных носителей.

Процесс накопления избыточных зарядов - инерционный процесс, связанный с временем жизни неосновных носителей. Это накопление принято характеризовать дифференциальной диффузионной емкостью, которая учитывает изменение избыточных носителей (дырок и электронов) в обеих областях при изменении напряжения:

 (3.23)

Для идеализированного p-n-перехода -дифференциальное сопротивление Rдиф (3.17 а), поэтому

  (3.24)

Диффузионная емкость растет с увеличением времени жизни неосновных носителей (tр, tn) или диффузионной длины (,), так как при этом происходит увеличение числа накопленных избыточных носителей в областях. В отличие от барьерной емкости диффузионная емкость зависит от частоты приложенного переменного напряжения. На высоких частотах, когда период напряжения становится меньше времени жизни, инжектируемые носители не успевают накапливаться в областях.

Следует отметить еще одно важное отличие Сдиф от барьерной емкости. Через барьерную емкость протекают токи смещения, в то время как через диффузионную емкость - ток носителей. Диффузионная емкость отражает инерционность процесса накопления и рассасывания избыточных носителей в областях р-n-структуры. Поэтому диффузионную емкость называют иногда «фиктивной» емкостью, формально позволяющей описать инерционные свойства p-n-перехода. При этом также говорят о зарядке и разрядке этой емкости, как для обычного конденсатора.

Способы нарушения равновесия Равновесие в переходе может быть нарушено либо путем изменения напряженности поля в переходе, либо путем изменения концентрации СНЗ. Концентрация СНЗ как в переходе, так и прилегающих к нему областях полупроводника, может быть изменена, например, путем облучения полупроводника светом подходящей длины волны или путем любого другого воздействия, изменяющего скорость генерации (рекомбинации) свободных носителей заряда в этих областях. Она может быть изменена также путем принудительного введения (инжекции) в переход или, наоборот, путем принудительного извлечения (экстракции) из перехода СНЗ.

Рассмотрим в чем заключается эффект накопления заряда. В случае подачи на диод коротких импульсов напряжения длительностью порядка единиц или долей микросекунды необходимо учитывать инерционность его включения и выключения, обусловленную переходными процессами. При протекании прямого тока через диод в его базе из-за инжекции накапливаются неосновные неравновесные носители заряда. Если изменить полярность приложенного к диоду напряжения с прямой на обратную, этот заряд рассасывается постепенно, и возникающий обратный ток вследствие высокой концентрации неосновных неравновесных носителей в базе окажется вначале значительно больше статического тока насыщения; величина его будет ограничиваться лишь внешней нагрузкой. Следовательно, при быстром переключении с прямого напряжения на обратное диод запирается не сразу. Это явление связано со спецификой работы p-n-перехода и обусловлено так называемым эффектом накопления заряда.

Технологические особенности изготовления диодов СВЧ диапазона Характерной особенностью p-n-переходов диодов и транзисторов СВЧ-диапазона является их малая емкость, что достигается уменьшением площади перехода. Конструкция приборов на основе р-n-переходов и технология их изготовления должны обеспечивать точное и воспроизводимое выполнение как поперечных размеров перехода, так и толщины слоев полупроводниковых материалов, а также требуемый уровень и профиль легирования.


Свободные носители зарядов в полупроводниках