Выпрямления напряжения

Следовательно, при наличии обедненного основными носителями слоя контакт обладает выпрямляющими свойствами, а при наличии обогащенного слоя имеет линейную характеристику, т. е. не обладает выпрямляющими свойствами. Это используется при .создании омического контакта

При изготовлении высокоскоростных переключающих полупроводниковых приборов (например, переключающих импульсных диодов, квантовых генераторов и др.) наряду с выпрямляющими свойствами большое значение имеет инерционность физических процессов в р —л-переходе.

В полупроводниковых микросхемах широко применяются диоды со структурой металл—полупроводник, при создании которых ставится обратная задача: получить выпрямляющий (но не инжектирующий) контакт. Он может быть образован только к слаболегированным областям при концентрациях примесей не более 101в см~3. Практически все применяемые металлы (в том числе и алюминий) образуют контакты с лучшими выпрямляющими свойствами (большей высотой потенциального барьера срМ11) к областям /г-типа, чем к областям р-типа. Величина фмп сильно зависит от степени загрязнения поверхности кремния (в частности, от наличия на ней остатков диоксида). Для стабилизации и улучшения свойств контакта после нанесения пленки проводят термообработку. При использовании алюминия температура должна быть невысокой (менее 300 °С), в противном случае образуется р - п переход при контакте с /г-слоем или омический контакт при контакте с /j-слоем. Таким образом, создать одновременно омические и выпрямляющие контакты на одном кристалле, используя один и тот же металл (А1), затруднительно. На практике применяют разные металлы. Например, хорошие выпрямляющие контакты с кремнием л-типа образуют силициды тугоплавких металлов (Pt), получаемые нанесением металла с последующей термообработкой.

все напряжение падает на слаболегированной (высокоомной) области. Поэтому высота потенциального барьера на п-п+-переходе не зависит от полярности приложенного напряжения и от его значения. Таким образом, м-м+-переход (и р-р+-переход) имеет малое сопротивление по сравнению с сопротивлением слаболегированной области и не обладает выпрямляющими свойствами. Переход, электрическое сопротивление которого не зависит от направления тока в заданном диапазоне значений токов, называют омическим переходом. Другой особенностью п-п+-пере-хода (и р-р+-перехода) является отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в слаболегированную область. Действительно, если внешнее напряжение приложено положительным потенциалом к n-области п-п+-перехода, что аналогично прямому включению p-n-перехода, то из п+-области в м-область вводятся электроны, которые являются основными носителями заряда. При противоположной полярности дырочный ток из и+-области в «-область аналогичен обратному току через р-п-пе-реход. Однако из-за ничтожно малой концентрации неосновных носителей заряда в сильнолегированной п+-области [см. (1.19)] поток дырок в высокоомную n-область также оказывается ничтожно малым.

этому такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. При наличии обедненного или инверсного слоя переход Шотки обладает выпрямляющими свойствами, так как внешнее напряжение, падая в основном на высокоомном переходе, будет изменять высоту его потенциального барьера, изменяя условия прохождения носителей заряда через переход.

При подключении внешней батареи в прямом направлении потенциальный барьер снижается, сопротивление запирающего слоя уменьшается и через переход течет ток, обязанный перемещению электронов в металл. При подключении обратного напряжения потенциальный барьер повышается, но под действием увеличившегося поля на переходе возможно движение дырок в металл. Этот ток мал, так как концентрация неосновных носителей в ге-по-лупроводнике невелика. Таким образом, такой переход также обладает униполярными — выпрямляющими свойствами.

При низкой температуре (порядка 300° К) концентрация неосновных носителей у примесных полупроводников очень мала — она имеет вели-чину порядка 105 — 1010 1/см3. Поэто-му и ток насыщения будет существенно меньше прямого тока. Следовательно, при нормальных значениях температуры электронно-дырочный переход обладает вентильными, т. е. выпрямляющими свойствами.

При обратной полярности напряжения вторичной обмотки трансформатора вентиль будет иметь бесконечно большое сопротивление и ток IB нагрузке будет равен нулю. Таким образом, ток в нагрузке протекает только в одном направлении, т. е. схема действительно обладает выпрямляющими свойствами. Форма кривой тока to показана на 5.3, в.

Электрические переходы между металлом и полупроводником являются неотъемлемым элементом любого, без исключения, полупроводникового прибора. Прежде всего, переходы металл—полупроводник (М—П) используют для создания токоподводящих электродов к прибору — омических переходов М—П, электрическое сопротивление которых мало и ь заданном рабочем диапазоне токов практически не зависит от направления тока (дополнительные требования к свойствам омических переходов будут рассмотрены далее подробнее). Создание таких омических переходов представляет сложную научно-техническую задачу. Переходы М—П, обладающие выпрямляющими свойствами, т. е. имеющие резко несимметричную ВАХ, называют переходами Шоттки, а диоды на их основе — диодами Шоттки.

этого случая. Искривление зон энергетической диаграммы полупроводника происходит в противоположную сторону. Обогащенный приконтактный слой имеет низкое сопротивление при любой полярности внешнего напряжения, приложенного к переходу. Поэтому подобные контакты не обладают выпрямляющими свойствами и могут быть использованы для создания омических переходов в полупроводниковых приборах и микросхемах, необходимых для присоединения тех или иных элементов к внешней цепи.

При подключении внешней батареи в прямом направлении потенциальный барьер снижается, сопротивление запирающего слоя уменьшается и через переход течет ток, обязанный перемещению электронов в металл. При подключении обратного напряжения потенциальный барьер повышается, но под действием увеличившегося поля на переходе возможно движение дырок в металл. Этот ток мал, так как концентрация неосновных носителей в ге-по-лупроводнике невелика. Таким образом, такой переход также обладает униполярными — выпрямляющими свойствами.

Тиристор обладает выпрямляющими свойствами, т. е. может пропускать большой ток в прямом направлении и лишь малый ток в обратном направлении. В отличие от диодов при прямом напряжении

Pi и ри - коэффициенты выпрямления по току и напряжению для используемой схемы выпрямления напряжения гармонической обмотки;

5-12. Принципиальные схемы выпрямления напряжения: а — однополупериодная; g? a — с удвоением напряжения

12.6. Схема управляемого выпрямителя на игнитронах (а) и графическое пояснение процесса выпрямления напряжения (б)

На 1-28 показана а. в. х полупроводникового диода, обладающего свойством односторонней проводимости. Ток в проводящем направлении диода (прямой ток) во много раз превосходит ток в обратном, непроводящем, направлении при тех же напряжениях. Диоды, по преимуществу кремневые, применяются для выпрямления напряжения переменного тока, ограничения напряжения в электронных схемах и в ряде других устройств. Как видно из рисунка, их характеристики несимметричные. При значительных прямых токах напряжение на зажимах диода мало изменяется при изменениях тока (порядка 1—1,5 В на один диод). Обратный ток диода мал при небольших напряжениях, а при значительных напряжениях он резко возрастает и диод теряет свойство односторонней проводимости.

Селеновые элементы, согласно Государственному стандарту, гарантируют работу на частотах до 1000 Гц, однако их можно применять для выпрямления напряжения с частотой до 40 — 50 кГц. При этом не наблюдается значительный перегрев перехода, а выпрямленный ток не падает более чем на 30% по сравнению с величиной, полученной на частоте 50 Гц.

На 1-25 показана АВХ полупроводникового диода, обладающего свойством односторонней проводимости. Ток в проводящем направлении диода (прямой ток) во много раз превосходит ток в обратном, непроводящем, направлении при тех же значениях напряжения. Диоды, в основном кремниевые, применяются для выпрямления напряжения переменного тока, ограничения напряжения в электронных схемах и других устройствах. Как видно из рисунка, их характеристики несимметричные. При значительных прямых токах напряжение на зажимах диода мало изменяется при изменениях тока (1 — 1,5 В на один диод). Обратный ток диода мал при небольших напряжениях, а при значительных напряжениях он резко возрастает и диод теряет свойство односторонней проводимости.

ки /в («сэ)- Поэтому на начальном этапе запуска нарастание амплитуды колебания не сопровождается увеличением напряжения смещения (отрицательного). Рабочая точка сдвигается влево лишь при заходе амплитуды колебания на нижний сгиб характеристики, ког-дл проявляется эффект выпрямления напряжения иос (t) в цепи 6asa—эмиттер,

В испытательных установках на более высокое напряжение, чем то, которое может быть получено путем выпрямления напряжения единичного трансформатора, применяются схемы умножения напряжения.

Однофазный мостовой выпрямитель ( 30.2 в) является двухполупериодным выпрямителем, питаемым от однофазной сети. В отличие от предыдущей схемы его можно использовать для выпрямления напряжения сети и без трансформатора. К его недостаткам относится удвоенное число выпрямительных диодов, однако трансформатор в таком выпрямителе используется наиболее полно, так как нет подмагничивания магнитопровода постоянным током и ток во вторичной обмотке протекает в течение обоих полупериодов. Из-за увеличенного падения напряжения на выпрямительных диодах такие выпрямители редко используются при выпрямлении низких напряжений (меньше 5 В).

получают путем выпрямления напряжения переменного тока сети (процесс выпрямления мы рассмотрим дальше в этой главе). Часть составляющих входного напряжения, которое имело частоту 60 (50) Гц, остается и в выпрямленном напряжении, от них можно избавиться, если предусмотреть шунтирование с помощью больших конденсаторов. Шунтирующие конденсаторы - это как раз те круглые блестящие элементы, которые можно увидеть внутри большинства электронных приборов. О том, как конструировать источники питания, мы поговорим позже в этой главе, а затем в гл. 6 еще раз вернемся к этому вопросу.

В качестве источника питания для нейтрализаторов переменного напряжения служат серийные высоковольтные трансформаторы мощностью 5—10 Вт (например, газосветный трансформатор ТГ-10-20). Для питания нейтрализаторов постоянным напряжением используют схемы выпрямления напряжения на высоковольтной обмотке трансформаторов или схемы умножения напряжения ( 86).

Средний прямой ток в режиме выпрямления напряжения