Резистори

3.5 Резистори

Резистори є самими масовими виробами електронної техніки. У програмі EWB 3.1 резистори представлені трьома типами — постійним, підстроювальним і набором з восьми резисторів (мал. 3.40).

Мал.3.40. Графічні позначення резисторів.

Зміна опору підстроювального резистора здійснюється по тім же принципі, що і для підстроювального конденсатора (див. мал. 3.41). У наборі резисторів опір встановлюється однаковим для усіх восьми резисторів3.6.

Індуктивні елементи

До індуктивних елементів відносяться котушка постійної індуктивності, що підбудовується котушка індуктивності і трансформатор (див. мал. 3.44, а).

При розрахунку перехідних процесів у програмі використовується схема заміщення котушки індуктивності (мал. 3.44, б), параметри якої визначаються вираженнями [67]:

Rl_n=2L/h; Il_n=hU_n/2L+I_n

при чисельному інтегруванні по методу трапецій;

Rl_n=L/h; Il_n=hU_n/L

при використанні методу Гіра.

У приведених формулах h — крок збільшення часу; 1_П -струм еквівалентного джерела на певному кроці; Rl_n, U_n і Il_n — опір шунтуючого резистора, напруга на індуктивності і струм на певному кроці.

Математична модель трансформатора (мал. 3.44, в) містить керовані джерела струму і напруги, за допомогою яких установлюється коефіцієнт трансформації, а також елементи, параметри яких задаються в діалоговому вікні (див. мал. 3.45) [67]. Відповідно до керівництва користувача [67] висновки 2 і 5 при використанні трансформатора повинні бути заземлені, що в деяких випадках істотно знижує можливості його застосування.

а) б) в)

Мал.3.43. Індуктивні компоненти EWB(а), схеми заміщення індуктивності(б) і трансформатора(в).

Параметри котушок з постійною й індуктивністю, що підбудовується, задаються за допомогою діалогових вікон, аналогічних вікнам для конденсаторів і різі рів. У діалоговому вікні установки параметрів лінійних трансформаторів (їх ще 1 називають повітряними) задаються (див. мал. 3.45): коефіцієнт трансформації п, індуктивність розсіювання Le, індуктивність первинної обмотки Lm, опір первинної Rp і вторинної Rs обмоток. При п>1 трансформатор є понижуючої, при п<1 - підвищувальної.

Мал.3.45. Вікно установки параметрів трансформаторів.

3.6 Напівпровідникові діоди

Комбінація двох напівпровідникових шарів з різним типом провідності (р —діркової і n — електронної) має випрямляючі властивості: вона набагато краще пропускає струм в одному напрямку, чим в іншому. Полярність напруги, що відповідає великим струмам, називається прямій, а меншим — зворотної. Звичайно користуються термінами пряма і зворотна напруга, прямій і зворотний струм. Поверхня, по якій контактують р- і n-шари, називається металургійною границею, а прилягаюча до неї область об'ємних зарядів — електронно-дірковим переходом.

Електронно-діркові переходи класифікують по різкості металургійної границі і співвідношенню питомих опорів шарів.

Східчастими переходами (коефіцієнт плавності переходу m = 0,5, у EWB 5.0 має позначення М) називають переходи з ідеальною границею, по одну сторону якої знаходяться дірки, а по іншу — електрони. Такі переходи найбільш прості для аналізу, тому всі реальні переходи намагаються, якщо це можливо, розглядати як східчасті.

Плавними переходами (ш = 0,333) називають такі, у яких в області металургійної границі концентрація одного типу домішки поступово зменшується, а іншого типу — росте. Сама металургійна границя в цьому випадку відповідає рівності концентрацій домішок. Усі реальні р-n-переходи — плавні, ступінь їхнього наближення до східчастого залежить від градієнта ефективної концентрації в районі металургійної границі.

По співвідношенню концентрацій домішок у р- і n-шарах переходи поділяються на симетричні, несиметричні і однобічні. Симетричні переходи не типові для напівпровідникової техніки. Основне поширення мають несиметричні переходи, у яких концентрації не однакові. У випадку різкої асиметрії, коли концентрації домішок (а виходить, і основних носіїв) розрізняються на один-два порядків і більш, переходи називають однобічними.

Вольт-амперна характеристика р-n-перехода описується вираженням [12]:

I=I₀(exp(U/U_t-1) (3.7)

де i — струм через перехід при напрузі U, 1_ОБ — зворотний струм, U_t — температурний потенціал, рівний при кімнатній температурі 26 мв.

Якщо до переходу підключити зворотна напруга, то при визначеному його значенні перехід пробивається. Розрізняють три види пробою: тунельний, лавинний і тепловий. Перші два зв'язані зі збільшенням напруженості електричного поля в переході, а третій — зі збільшенням потужності, що розсіюється, і, відповідно, температури.

В основі тунельного пробою лежить тунельний ефект, тобто "просочування" електронів крізь тонкий потенційний бар'єр переходу. В основі лавинного пробою лежить "розмноження" носіїв у сильному електричному полі, що діє в області переходу. Електрон і дірка, прискорені полем на довжині вільного пробігу, можуть розірвати одну з ковалентних зв'язків напівпровідника. У результаті народжується нова пара електрон-дірка і процес повторюється вже за участю нових носіїв. При досить великій напруженості полючи, коли вихідна пара носіїв у середньому породжує більш однієї нової пари, іонізація здобуває лавинний характер, подібно самостійному розрядові в газі. При цьому струм буде обмежуватися тільки зовнішнім опором. Явище пробою знаходить практичне застосування в стабілітронах — приладах, призначених для стабілізації напруги.

В основі теплового пробою лежить саморозігрів переходу при протіканні зворотного струму. З ростом температури зворотні струми різко зростають, відповідно збільшується потужність, що розсіюється в переході; це викликає додатковий ріст температури і т.д. Як правило, тепловий пробій не має самостійного значення: він може початися лише тоді, коли зворотний струм уже придбав досить велику величину в результаті лавинного або тунельного пробою.

Раніше (у розд. 3.4) ми вже говорили про бар'єрну ємність. Її прийнято розділяти на дві складові: бар'єрні ємності, що відбиває перерозподіл зарядів у переході, і дифузійну ємність, що відбиває перерозподіл носіїв у базі. Такий поділ у загальному умовно, але воно зручно на практиці, оскільки співвідношення обох ємностей по-різному при зміні полярності прикладеної напруги. При прямій напрузі головну роль грають надлишкові заряди в базі і, відповідно, дифузійна ємність. При зворотній напрузі надлишкові заряди в базі мала і головна роль грає бар'єрна ємність. Обидві ємності нелінійні: дифузійна ємність залежить від прямого струму, а бар'єрна — від зворотної напруги.

Набір параметрів, що задаються, для діодів у EWB 5.0 помітно більше в порівнянні з EWB 3.1. Діалогове вікно для завдання параметрів діодів у EWB 5.0 складається з двох однакових по зовнішньому вигляді закладок (перша з них показана на Рис. 3.49), за допомогою яких можна додатково (у порівнянні з вікном на Рис. 3.38) задати наступні параметри:

N- коефіцієнт інжекції;

EG - ширина забороненої зони, ев; (для германія — 0,72 эв, для кремнію — 1,1 эв); FC - коефіцієнт нелінійності бар'єрної ємності прямо зміщеного переходу; BV - напруга пробою (позитивна величина, у EWB 3.1 вона прийнята негативної), У; для стабілітронів замість цього параметра використовується параметр VZT — напруга стабілізації;

IBV — початковий струм пробою при напрузі BV (позитивна величина), А; Для стабілітронів замість цього параметра використовується параметр IZT — початковий струм стабілізації;

XTI — температурний коефіцієнт струму насичення; KF — коефіцієнт фліккер-шума;

AF — показник ступеня у формулі для фліккер-шума; TNOM — температура діода, °С.

Мал.3.49. Діалогове вікно параметрів діодів.

а) б) в) г)

Мал.3.50. Еквівалентні схеми діода при розрахунку на постійному струмі(а), в діапазоні частот (б,в) і схема для дослідження прямої гілки ВАХ(г).

Еквівалентні схеми діода показані на мал. 3.50, а, б, на яких позначено: А — анод, ДО — катод, I — джерело струму, Rs — об'ємний опір, З — ємність переходу, Gmin — провідність, обумовлена витоками (у EWB 5.0 задається в діалоговому вікні, див. мал. 1.17). Вольт-амперна характеристика <ВАХ) діода визначається наступними виразами [67]:

для прямої галузі

I=I₀(exp(U/(N*U_t))-1)+U*G_min для U≥-5N*U_t;

для зворотньої гілки

I=I₀(exp(U/(N*U_t))-1)+U*G_minдля 0≥U≥-5N*U_t;

I=-I₀+U_ч*G_min для -BV<U<-5N*U_t;

I=-IBV для U=-BV;

I=I₀{exp(-(U+BV)/(N*U_t)))-1)+BV/U_tдля U<-BV}.

Тут I_О = I_s — зворотний струм діода при температурі TNOM; N — коефіцієнт інжекції; BV, IBV — напруга і струм пробою; U, — температурний потенціал переходу; U — напруга на діоді.

При розрахунку перехідних процесів використовується еквівалентна схема діода (див. Рис. 3.50, б), для якої ємність переходу визначається за допомогою виражень [67]:

С=τ(di/dU)+CJO(1-U/U_t)^-m для U<FC*VJ;

С=τ(di/dU)+CJO(F3-mU/Ut)/F2 для U≥FC*VJ;

У приведених формулах т — час переносу заряду; CJO — бар'єрна ємність при нульовому зсуві на переході; VJ — контактна різниця потенціалів; m = 0,33...0,5 — параметр переходу.

При малих рівнях сигналів використовується линеалізована еквівалентна схема (мал. 3.50, в), на якій провідність G = dl/d = I_oexp(U/(NU_t))/(NU_t). При цьому ємність переходу визначається формулами [67]:

С=τG+CJO(1-U/U_t)^-m для U<FC*VJ;

С=τG+CJO(F3-mU/Ut)/F2 для U≥FC*VJ;

Дослідження прямої галузі ВАХ діодів може бути проведене за допомогою схеми на мал. 3.50, м. Вона складається з джерела струму I, амперметра А (можна обійтися і без нього, оскільки регістрований струм точно дорівнює що задається), досліджуваного діода VD і вольтметра V для виміру напруги на діоді.

а)

 б)

Мал.3.51. Схема характеріографа (а), отримана на ньому ВАХ діода (в) і схема для дослідження його зворотньої гілки.

Процес дослідження ВАХ може бути автоматизований за допомогою характеристик осцилографа (мал. 3.51, а, в), у якому формування зображення ВАХ виконується в режимі розгорнення В/А осцилографа, при цьому використовуються сигнал з функціонального генератора і з навантаження діода.

Для дослідження зворотної галузі ВАХ діода використовується схема I див. мал. 3.51, б. У ній замість джерела струму використовується джерело напруги \]\ I із захисним резистором Rz для обмеження струму через діод у випадку його пробою.

Крім одиночних діодів, у бібліотеці EWB мається також діодний місток, I для якого можна додатково задати коефіцієнт емісії N (Emission I Coefficient). Світлодіод — спеціально сконструйований діод, у якому передбачена можливість висновку світлового випромінювання з області переходу крізь прозоре вікно в корпусі.

При проходженні через діод струму в прилягаючим до переходу областях напівпровідника відбувається інтенсивна рекомбінація носіїв зарядів — електронів і дірок. Частина вивільнюваної енергії виділяється у виді квантів світла. У залежності від ширини забороненої зони напівпровідника випромінювання може мати довжину хвилі або в області видимого світла, або невидимого інфрачервоного випромінювання. Випромінювання переходів на основі арсеніду галію має довжину хвилі близько 0,8 мкм. Переходи з карбіду кремнію або фосфіду галію випромінюють видиме світло в діапазоні від червоного до блакитного кольору. Найважливішими параметрами світлодіода є яскравість, вимірювана в нітах при визначеному значенні прямого струму, і колір світіння (або спектральний склад випромінювання). Для світлодіода додатково вказується мінімальний струм у прямому напрямку Turn-on current (Ion), при перевищенні якого світлодіод запалюється. Для виміру ВАХ світлодіодів можна використовувати приведені вище схеми. Перемикаючі діоди з р-п-р-п- або п-р-п-р-структурами — це тірістори [86]. Тиристори, що мають висновки від крайніх електродів, називають діністорами, а прилади з третім висновком (від одного із середніх електродів) — тріністорами. Крім того, до класу тірісторів відносяться сімістори — симетричні діністори (діаки), симетричні тріністори (тріаки) і досить рідкий тип діністора — діод Шоклі, у якому структура п-р-п організована за рахунок наявності в р-гс-переході пасток, формованих шляхом легування. На мал. 3.52 приведені позначення перемикаючих діодів, моделі яких маються в програмі EWB 3.1: (ліворуч праворуч) діод Шоклі, симетричний діністор (діак, двохнаправлений діністор), тріністор (тріодний тірістор) і симетричний тріністор (тріак, сімістор).

Мал.3.52. Діоди, які самі перемикаються.

Для перемикальних діодів задаються значення наступних параметрів (для EWB 5.0 їхні позначення вказуються в квадратних дужках):

Saturation current Is [IS], A — зворотний струм діністора;

Peak Off-state Current Idrm [IDRM], A — те ж, але для тріністора;

Switching Voltage Vs [VS], У — напругу, при якому діністор переключається у відкритий стан;

Forward Breakover Voltage Vdrm [VDRM], У — те ж, але для тріністора при нульовій напрузі на керуючому електроді; Peak On-State Voltage Vtm [VTM], У — спадання напруги у відкритому стані; Foward Current at wich Vtm is measured Itm [ITM], A — струм у відкритому стані;

Turn-off time Tg [TG], з — час переключення в закритий стан; Holding current Ih [IH], A — мінімальний струм у відкритому стані (якщо він мень-ші встановленого, то прилад переходить у закритий стан);

Critical rate of f-state Voltage rise dv/dt [DV/DT], У/мкс — припустима швидкість зміни напруги на аноді тринйетора, при якому він продовжує залишатися в закритому стані (при більшій швидкості тріністор відкривається); Zero-bias junction capacitance Cj [CJO], Ф — бар'єрна ємність діністора при нульовій напрузі на переході;

Gate Trigger Voltage Vgt [VGT], У — напругу на керуючому електроді відкритого тринйетора;

Gate Trigger current Igt [IGT], A — струм керуючого електрода; Voltage at which Igt is measured Vd [VD], У — напругу, що відмикає, на керуючому електроді.

Перераховані параметри можна задати за допомогою діалогових вікон, аналогічних приведеному на мал. 3.53 для тринйетора.

Дослідження прямої гілки ВАХ тринйетора можна проводити з використанням схеми (мал.3.54), на якій показані джерела вхідної напруги Ui.

Мал.3.53. Діалогове вікно установки параметрів тріністора.

Мал.3.53. Схема для дослідження тріністорів.

Похожие работы

Аналіз лінійних кіл

Скачать

9676

2

37

інюю промені) – технічні засоби радіозв'язку, зокрема призначені для віщання радіопрограм. Радіотехніка – область науки, що досліджує генерацію, випромінювання і прийом електромагнітних коливань і хвиль радіочастотного діапазону, а також область техніки, що займається розробкою, виготовленням і застосуванням пристроїв і систем, що генерують, випромінюючих і таких, що приймають електромагнітні ...

Канал послідовної передачі даних

Скачать

41433

12

3

... ГРП М1-61ШУ2 Кео.364.006 ДТУ 2         XXXXXXX ПЕ       Змін Літ № докум Підпис Дата Канал послідовної передачі даних Перелік елементів Літ Лист Листів Розроб. Xxxxxxx. К 1 1 Перевірив Xxxxxxx ...

Підсилювач вертикального відхилення осцилографа

Скачать

14572

2

11

... двокаскадні; –  однокаскадні. Анотація   УДК.631.317.18 Сисюк М.А. Підсилювач вертикального відхилення Українська мова, 23 стор., 10 іл. В даному курсовому проекті розроблений підсилювач вертикального відхилення осцилографа, діапазон напруг якого лежить у межах від 100мВ до 200B, а діапазон частот лежить у межах від 1кГц до 10МГц. Такі потужні підсилювачі використовуються для підсилення ...

Підсилювач підмодулятора радіомовного передавача

Скачать

22884

4

7

... мінімальний завал. Отже розрахуємо конденсатор С1 у відповідності до опору гучності та необхідного завалу: Отже, обирається конденсатор С1 К50-15-32 мкФ. 2.2 Розрахунок підсилювача потужності на ІМС Резистор R2, що формуватиме вхідний опір буде типу С1-4-0,25 Вт-8,2 кОм2%. В типовій схемі включення даної мікросхеми [рисунок 1.2] резистори в зворотньому зв'язку розраховані на коеф ...