Собственной постоянной

При рабочих температурах все примесные атомы в полупроводнике ионизованы и концентрация свободных электронов п или дырок р практически равна концентрации доноров Л/д или акцепторов Л/д. В кремниевых приборах и микросхемах применяют кремний с концентрацией примесей от 1014 до 1021 см"3, так что концентрация вносимых примесью электронов или дырок гораздо выше собственной концентрации л/.

Температурная зависимость контактного потенциала определяется в основном изменением собственной концентрации подвижных носителей заряда и,, которая сильно зависит от температуры:

Так как ток насыщения пропорционален квадрату собственной концентрации носителей заряда, то он проявляет сильную температурную зависимость (в кремниевых р-гс-переходах удваивается при повышении температуры на каждые 5°С).

Формула для собственной концентрации дырок аналогична (1.8):

т. е. в невырожденном полупроводнике произведение концентраций свободных электронов и дырок при термодинамическом равновесии есть постоянная величина, равная квадрату собственной концентрации при данной температуре.

Все приведенные выражения для высоты потенциального барьера равносильны, но удобнее пользоваться формулой (2.2), так как концентрация основных носителей заряда практически равна концентрации легирующей примеси либо легко может быть определена из удельной проводимости прилегающих к p-n-переходу областей. Значение собственной концентрации носителей tii для одной температуры дается в литературе, а температурная зависимость собственной концентрации определяется шириной запрещенной зоны полупроводника [см. (1.15)].

Качественно перечисленные зависимости объясняются следующим образом. С ростом температуры или при уменьшении ширины запрещенной зоны увеличиваются концентрации неосновных носителей [согласно выражению (1.4)]. Концентрации основных носителей из-за полной ионизации примесей остаются неизменными. В результате в переходе уменьшаются градиенты концентраций носителей и пропорциональные им диффузионные токи (1.10), а следовательно, и компенсирующие их в равновесии дрейфовые токи (1.8). Это свидетельствует о снижении напряженности электрического поля и, следовательно, высоты барьера. При температурах, превышающих граничное значение Тмакс (см. 1.5 и 1.6), концентрации носителей с обеих сторон перехода приближаются к собственной концентрации, а градиенты концентраций, диффузионный ток и высота потенциального барьера уменьшаются до нуля. С ростом концентрации примесей пропорционально увеличиваются концентрации основных носителей и уменьшаются концентрации неосновных носителей (1.4), т.е. возрастают градиенты концентраций носителей, диффузионные токи и компенсирующие их дрейфовые токи. Следовательно, растет напряженность поля и высота барьера.

Собственная концентрация тем ниже, чем больше ширина запрещенной зоны. Так, для германия она составляет 2,5 -10!3 см~3, с учетом высокой технологичности этого полупроводника удается концентрацию примесей опустить ниже собственной концентрации носителей заряда — до 1010 — 10" см~3, отчего концентрация носителей, конечно, не снижается. Получить собственный

Для собственной концентрации носителей nt из выражений (1.14), (1. 16) и (1. 17) можно получить

Величина рекомбинационной составляющей тока насыщения, как следует из теории Шокли—Нойса—Саа, пропорциональна собственной концентрации носителей заряда и,., которая уменьшается с увеличением ширины запрещенной зоны Ед: i02 ~ exp(— Egl2kT). В структурах reGaAs—reAl0i4Ga0-eAs—pGaAs—pAl08Ga02As с тонким широкозонным слоем А10 4Ga0i6As в области объемного заряда (см. 3.18, б) удается [94] существенно снизить плотность ре-комбинационного тока насыщения до г02 ^ 10~15 А/см2. Переход от рекомбинационного к инжекционному механизму протекания тока в этом случае происходит ( 3.27, кривая 2) при плотности тока, по крайней мере на два порядка меньшей, чем в структуре с гомо-р—re-переходом в GaAs. При этом за счет преимущественной инжек-ции из reAl0-4Ga0.6As в pGaAs более чем на порядок уменьшается величина инжекционной составляющей тока насыщения, достигая значения г01 < 10~20 А/см2. В результате этого при освещении неконцентрированным солнечным излучением (1ф=3-10~а А/см2) в СЭ на основе данной структуры реализуется инжекционный механизм протекания тока при величине обратного тока насыщения г„ < <[10~20 А/см2, что обеспечивает возможность увеличения напряжения холостого хода и фактора заполнения нагрузочной характеристики.

Собственная постоянная времени обмотки статора 1, благодаря сопротивлению нагрузки, значительно меньше собственной постоянной времени короткозамкнутой обмотки ротора 2, поэтому в процессе преобразования энергии обмотка ротора удерживает захваченный ею при 0 = 0 магнитный поток лучше, чем обмотка статора. Вследствие этого за период обмотка статора размагничивается, а при встречном направлении потоков в диапазоне я/2<0<Зтс/2 перемагничивается потоком обмотки ротора. Переходный процесс в цикле заканчивается, когда токи в обмотке статора г\, нагрузке /н и в конденсаторе ic примут нулевое значение. При этом ток в обмотке ротора z'2 еще сохранится, так как собственная постоянная времени короткозамкнутой обмотки ротора значительно больше времени поворота ротора на электрический угол 360°. Если бы рассмотренный цикл был последним и включения другой диагонали коммутатора К3 не последовало, ток /2 затухал бы до нуля в течение нескольких периодов в соответствии с собственной постоянной времени обмотки ротора. На 6.10, а этот ток показан пунктирной линией. При этом в обмотке статора наводилась бы знакопеременная ЭДС с затухающей амплитудой.

При включении другой диагонали коммутатора К3 в обмотке статора начинает протекать ток г\ в том же направлении, что и в предыдущем цикле. В активной зоне ЭДН происходит одновременное нарастание магнитного потока, создаваемого обмоткой статора 1, и поворот ротора к положению 0 = 2тс с током г'2 в короткозамкнутой обмотке. Если бы активное сопротивление в цепи обмотки ротора R2 было равно нулю, что эквивалентно равенству бесконечности собственной постоянной времени обмотки ротора, захваченный ею магнитный поток обмотки статора при 0 = 0 остался бы неизменным. В этом случае ток г'2 обратился бы в ноль лишь при 0 = 2тс. В реальном случае R2 ^ 0 за время цикла магнитный поток,

Характерная особенность схемы с трансформаторным возбуждением обмотки ротора состоит в том, что в интервале угла 0 между магнитными осями 0<0<л/2 обмотка статора является индуктором, а ротора — якорем. В дальнейшем их роли меняются: трансформаторно возбужденная обмотка ротора становится индуктором, статора — якорем. Такая схема включения обмоток позволяет осуществить псевдоостанов ротора в момент максимального сжатия магнитного потока обмотки статора и ротора [6.1] с целью повышения эффективности отбора кинетической энергии от ротора. Для этого ЭДН снабжают дополнительной обмоткой 3, располагаемой на статоре соосно основной обмотке 1 (см. 6.9, а). Обмотка 3 может замыкаться накоротко [6.10]. В момент максимального сжатия магнитного потока обмотками 1 и 2, что соответствует максимуму магнитной энергии (см. 6.2), замыкают накоротко обмотку 3. В результате этого часть сжатого магнитного потока оказывается между обмотками статора 1 и 3. Собственная постоянная времени короткозам-кнутой обмотки 3 значительно больше собственной постоянной времени контура обмотки 1 с нагрузкой, поэтому обмотка 3 препятствует расширению магнитного поля вслед перемещающейся обмотке ротора 2. Обмотка 3 по своему действию аналогична фиксатору 3 в схеме 6.3. Поэтому под псевдоостановом ротора следует понимать передачу части

Другим интересным способом повышения выдержки времени для случая заданного значения постоянной времени зарядного контура r — RC является импульсный заряд конденсатора [5]. Схема выполняется таким- образом, что в одни полупериоды управляющего напряжения конденсатор заряжается, а в другие разряжается. 'Благодаря этому набор выдержки времени идет медленнее. Однако для указанных способов увеличения выдержки времени остается в силе ограничение, связанное с собственной постоянной времени конденсатора. Поэтому при больших выдержках времени целесообразен переход на пересчетные схемы.

Приведем без вывода связь собственной постоянной передачи с параметрами XX и КЗ:

С собственной постоянной передачи Гс связаны конкретные физические представления. Воспользуемся выражением (9.19)

Формула (9.42) устанавливает связь между передаточной функцией по напряжению согласованного включенного симметричного четырехполюсника с его характеристической (собственной) постоянной передачи. Аналогичным образом можно получить остальные передаточные функции в различных режимах работы и выражения их через интересующие нас параметры.

Величина ос/ описывает ослаблзние напряжения и тока при распространении энергии по всей длине линии и называется характеристической (собственной) постоянной ослабления линии: Ас=:а/.

Величина Вс = р/=(рц1 — Ф„2 = фл — ф,-г называется характеристической (собственной) постоянной фазы линии.

По аналогии с теорией четырехполюсников величина Г с = Ас +/ВС является характеристической (собственной) постоянной передачи линии.

(ОУ) называется усилитель постоянного тока (УПТ), обладающий высоким коэффициентом усиления по напряжению (/(у), малой собственной постоянной времени (TVy) и снабженный внешними решающими цепями, к которым относятся входные цепи и цепи обратной связи. В зависимости от вида сопротивлений, входящих в решающие цепи, и способа их соединения ОУ могут выполнять операции сложения, вычитания, пропорционального усиления, интегрирования и дифференцирования, а также любую комбинацию этих операций. Приведенная схема ОУ имеет п входов с сопротивлениями Z±...Zn, которые могут быть активными, реактивными или активно-реактивными. Реактивными сопротивлениями обычно являются емкости. Цепь с сопротивлением 2в является отрицательной обратной связью между входом и выходом УПТ; потенциал их общей точки 0 условно принимают за нулевой; потенциалы остальных измеряют относительно нулевой точки. Коэффициент усиления по напряжению Ки, равный отношению э.д.с. на выходе Еъ к напряжению на входе е, обычно составляет 1000, а напряжение е = =* 10...40 мВ.