Перезаряда конденсатора

Условиями получения необходимых частотных свойств СВЧ-диодов являются отсутствие инжекции неосновных носителей заряда через выпрямляющий электрический переход в базу, малое время жизни неосновных носителей в базе и малое значение постоянной времени перезаряда барьерной емкости, т.е. малые барьерная емкость выпрямляющего перехода и сопротивление базы, которое должно быть малым и для уменьшения потерь мощности в диоде.

а — структура коллекторного перехода и прилегающих к нему областей; б — распределение носителей в коллекторном переходе; в — импульсы тока коллектора (/ — без учета барьерной емкости коллекторного перехода; 2—с учетом перезаряда барьерной емкости коллекторного перехода)

Несмотря на условность определения всех перечисленных параметров переходного процесса включения тиристора, можно считать, что время задержки по управляющему электроду тиристора определяется временем перезаряда барьерной емкости эмиттерно-го перехода, а также временем

прохождения инжектированных носителей заряда через базовую область и коллекторный переход. Время нарастания для тиристора определяется инерционностью процесса накопления неравновесных носителей заряда в базовых областях и инерционностью перезаряда барьерной емкости коллекторного перехода.

времени цепи коллектора (времени перезаряда барьерной емкости коллектора). Поэтому граничные частоты ftp биполярных транзисторов в интегральных микросхемах обычно не превышают 500 МГц. При этом необходимо также учесть, что выходная емкость интегрального транзистора состоит не только из барьерной емкости коллекторного перехода, но и из барьерной емкости изолирующего перехода между областью коллектора интегрального транзистора и остальной частью кристалла.

Другой особенностью фотодиодов и важным преимуществом их по сравнению с фоторезисторами является малая инерционность. Вообще на инерционность фотодиодов могут влиять три физических фактора: время диффузии или дрейфа неравновесных носителей заряда через базу тд; время их пролета через р-/г-пере-ход т,; время перезаряда барьерной емкости р-п-перехода, характеризующееся постоянной времени гСвар-

(плюс — на металле) прямой ток возникает в результате движения основных носителей зарядов (электронов) из полупроводника в металл через пониженный (срк — V) потенциальный барьер перехода. Таким образом, в базе диода (п — Si) не происходит накапливания и рассасывания неосновных носителей. Основным фактором, влияющим на длительность переходных процессов, является процесс перезаряда барьерной емкости. Значение С6ар, как уже было сказано выше, весьма мало (не более 1 пФ); очень малы также и омические сопротивления электродов: металла и ^-кремния. Вследствие этого время перезаряда емкости Сбар, а следовательно, и длительность переходных процессов также очень малы и составляют десятые доли наносекунды. Эти свойства позволяют

модулированным по интенсивности по синусоидальному закону с частотой /. Как видно из 14-12, с увеличением частоты чувствительность фотоэлемента надает, что определяется инерционными свойствами фотоэлемента, в основном постоянной времени перезаряда барьерной емкости р-п перехода. На частотной характеристике отмечено значение граничной частоты /гр, при которой чувствительность уменьшается в ]/2 раз по сравнению с ее значением при / = 0.

Для усиления малых электрических сигналов, получаемых при регистрации слабых световых потоков, желательно увеличить сопротивление нагрузки, включаемой во внешнюю цепь. Однако увеличение сопротивления Нн ограничено внутренним сопротивлением прибора -йвн, зависящим от сопротивления перехода при обратном включении. При RH <з^ Ивн энергетическая характеристика получается более линейной (см. 14-9) и снижается постоянная времени перезаряда барьерной емкости.

Быстродействие излучающего диода определяется инерционностью возникновения излучения при подаче прямоугольного импульса прямого тока ( 5.23). Время переключения ^пер складывается из времени включения tSKn и выключения 1ЪЫКЛ излучения. Инерционность излучающего диода определяется процессом перезаряда барьерной емкости и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей в активной области диода. Для светоизлучающих

Длительность перезаряда барьерной емкости фотодиода при малом сопротивлении нагрузки определяется постоянной времени Сварив, где ГБ — сопротивление базы диода. Значение постоянной времени Сварив для обычных фотодиодов составляет около 1 не.

Если длительность импульсов на входе интегрирующей цепочки не изменяется, то продолжается процесс циклического перезаряда конденсатора С. В табл. 3.7 приведены напряжения на С после каждого импульса на входе интегрирующей цепочки при принятых параметрах.

Покажем, что в данной схеме за счет перезаряда конденсатора С1 и СУ' транзисторы будут периодически поочередно находиться в режиме отсечки и насыщения. Допустим, что в момент времени t - 0 ( 10.19, б) транзистор VI перешел из режима отсечки в режим насыщения. Тогда конденсатор СУ, заряженный ранее до напряжения UK = EK, разрядится и будет перезаряжаться

до полярности, указанной в скобках, по цепи R2— C1-V1 с постоянной времени т = ^С,. В момент времени г 1 = 0,7 ^Ci, когда потенциал первой обкладки конденсатора С1 достигнет нулевого значения, транзистор V2 откроется. Одновременно будет идти процесс перезаряда конденсатора СУ'по цепи R3—C1—V1 до полярности (+), (—) с постоянной времени г = R? Cj. Однако

При поступлении управляющего импульса на управляющий электрод вентиля V2 (момент tj) последний откроется и ток начнет протекать через правую половину первичной обмотки (штриховая стрелка). С момента t j начинается процесс разряда конденсатора С через открытые вентили VI, V2. Ток разряда конденсатора совпадает по направлению с током вентиля V2 и противоположен току вентиля VI, уменьшая его до нуля. Разряд конденсатора закончится после запирания вентиля VI, и с этого момента начинается процесс перезаряда конденсатора до полярности (+),(-) ( 11.25,а).

Напряжение + f/ei создается за счет тока перезаряда конденсатора С2. По мере разряда конденсатора С2 ток разряда и падение напряжения на резисторе R6i уменьшаются. Следовательно, положительный потенциал точки б будет также уменьшаться. Как только потенциал точки б достигает нуля, транзистор 77 приоткроется и в его коллекторной цепи потечет ток. С этого момента начинается процесс опрокидывания схемы. После отпирания транзистора 77 потенциал его коллектора

Приведенные формулы являются приближенными и могут давать ошибку порядка десятка процентов и более, а при повышенных температурах они вообще не пригодны. С повышением температуры уменьшается сопротивление перехода эмиттер-база закрытого транзистора, так как через него увеличивается ток неосновных носителей. Это сопротивление шунтирует сопротивление резистора RQ, изменяет постоянную времени перезаряда конденсатора и сокращает длительность импульса, изменяя тем самым частоту колебаний мультивибратора. Для уменьшения шунтирующего воздействия в схему мультивибратора вводят термокомпенсирующие цепи. Самым простым способом термостабилизации является уменьшение сопротивления резистора R&. Чем меньше сопротивление Rs по сравнению с обратным сопротивлением эмиттерного перехода, тем меньше изменение последнего сказывается на частоте колебаний. Однако уменьшение сопротивления Re требует для получения импульса заданной длительности такого же увеличения емкости конденсатора С, что приводит к увеличению постоянной времени заряда конденсатора и, следовательно, к затягиванию фронта отрицательного импульса. Для уменьшения фронта импульса следует уменьшить сопротивление резистора RK, что связано с увеличением тока насыщения /к. н и с ухудшением теплового режима транзистора. Для того чтобы не перегрузить транзистор и одновременно улучшить форму импульса, сопротивление резистора в цепи коллектора иногда разбивают на две части ( 119). Величину R'K выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие /к. нас <С < /к. доп. Так как перезаряд конденсаторов происходит через малые сопротивления резисторов R"K, форма генерируемых импульсов значительно улучшается. Однако, следует учитывать, что значительное уменьшение сопротивлений R"K затрудняет самовозбуждение схемы.

Аналогично работает мультивибратор, построенный на элементах И — НЕ, охваченных цепочкой положительной обратной связи с выхода элемента Э2 на вход элемента Э1 ( 127). Появление на выходе элемента Э2 сигнала 1 приводит к наличию сигнала 0 на выходе элемента Э1. Конденсатор С при этом заряжается через резисторы R1 и R2. По мере заряда конденсатора на входе элемента Э1 формируется сигнал 0, а на выходе— сигнал 1, который переводит схему Э2 в состояние 0. Начинается процесс перезаряда конденсатора С. Постоянная времени цепи перезаряда конденсатора С регулируется резистором R2.

Одновибратор можно выполнить на основе операционного усилителя А ( 83, б). При отсутствии внешних воздействий операционный усилитель находится в режиме насыщения и напряжение на его выходе положительно и равно +?/нас. Это обусловлено тем, что напряжение на инвертирующем входе (и конденсаторе С) усилителя положительно и мало (оно не превышает 0,5—0,6 В, поскольку диод VD включен для положительной полярности напряжения в прямом направлении) по сравнению с достаточно большим (1,5—2 В) напряжением положительной обратной связи, действующим на инвертирующем входе. Это состояние устойчиво, и выйти из него схема может только под действием внешнего запускающего импульса. Если на инвертирующий вход подать импульс отрицательной полярности, то одновибратор мгновенно переключится и напряжение на его выходе станет отрицательным. Это приведет к процессу перезаряда конденсатора в отрицательной полярности (диод VD при этом не мешает, так как он оказывается включенным в обратной полярности, при которой его сопротивление очень велико). Как только напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением, действующим на неинвертирующем входе, произойдет переключение одновибратора и напряжение на его выходе станет положительным. Конденсатор С начнет перезаряжаться, но напряжение на нем не может стать больше 0,5—0,6 В из-за диода VD. Поэтому процесс прекратится и одновибратор останется в состоянии положительного насыщения до прихода следующего запускающего импульса.

На 4.6, г показана схема тиристорного ключа. Роль ключа выполняет тиристор VI, шунтирующий резистор 7?до5 при подаче на него управляющего импульса. Выключается тиристор VI с помощью вспомогательного тиристора V2, подключающего к тиристору VI коммутирующий конденсатор Ск, предварительно заряженный через тиристор V4 и резистор Rn от маломощного источника 1/п. Выключение тиристора V2 происходит по окончании перезаряда конденсатора Ск от напряжения цепи якоря (падение напряжения на /?доб при включенном тиристоре VI). При очередном включении тиристора VI обратный колебательный перезаряд конденсатора Ск осуществляется через VI, диод V3 и реактор LK. Более подробные сведения об этом способе регулирования можно найти в [19].

туре до нуля тиристоры VI (V3, V5) закрываются, но продолжается колебательный подзаряд конденсатора С2 через реактор L2, обеспечивая обратное напряжение на тиристоре VI (V3, V5) в течение времени, необходимого для восстановления запирающих свойств тиристоров. После перезаряда конденсатора С2 и закрывания тиристора V7 (и в течение этого процесса) энергия, накопленная в реакторе L2, частично гасится в резисторе R1. Во внекоммутационный интервал конденсатор С2 вновь перезаряжается от источника подзаряда. Спадающий во время коммутации ток нагрузки, протекающий через коммутируемый тиристор VI, переводится на диод V21 обратного моста.

Элементы памяти потребляют мощность только во время переходных процессов перезаряда конденсатора С0 при регенерации, записи или считывания. Поэтому БИС памяти динамического типа характеризуются малой мощностью, потребляемой главным образом схемами управления и считывания. Простота элемента памяти обусловливает его малую площадь и высокую информационную емкость БИС. (до 4 Мбит, 1 Мбит = 2го =* 1048576 бит), в 4...16 раз большую, чем у БИС па-