Курсовая теория на тему Емкость р-n перехода. Варикапы. Характеристики варикопов

Содержание:

Введение 3
Обзор литературы 5
1. Емкость р-n перехода 9
1.1. Общие сведения 9
1.2. Барьерная емкость 11
1.3. Диффузная емкость 13
2. Варикапы 17
2.1. Принцип работы варикапа 17
2.2. Типы варикапов 21
2.3. Конструкция и обозначения варикапов 22
3. Характеристики варикапов 24
Заключение 31
Список литературы 32
Приложения 34
Приложение А Цветовая мнемоническая маркировка варикапов 35
Приложение Б Обозначение параметров варикапов 37

Введение:

ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковая техника – это электронные компоненты, работа которых основана на использовании свойств полупроводниковых материалов.
Применение полупроводников является одним из основных направлений развития технического прогресса. Они позволяют автоматизировать сложнейшие системы, обеспечить надежность и безопасность их функционирования и открывают перспективы дальнейшего развития техники.
Полупроводниковые приборы используются в различных областях промышленности и социальной сферы, позволяют решать сложнейшие вопросы эксплуатации, контроля и надежности различных систем. В электронных системах полупроводниковая техника служит для преобразования сигналов, в энергетических – для преобразования одного вида энергии в другой.
Развитие полупроводниковой электроники идет как по пути улучшения параметров полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы, фотоэлементы), так и по пути использования их в самых различных режимах. Примером тому могут служить многочисленные области применения полупроводниковых диодов. Полупроводниковые диоды используются не только для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты (взамен кенотронов и ламповых диодов), но и для стабилизации напряжения (стабилитроны), для генерирования и усиления колебаний высокой частоты (туннельные диоды), для переключения тока в схемах автоматики (переключающие диоды) и т. д.
Полупроводниковый диод стали широко использовать и как управляемую емкость (варикап). Варикапы применяются для параметрического усиления слабых сигналов, для электронной настройки контуров и фильтров, в счетных устройствах и во многих других схемах. Были разработаны светочувствительные емкости (фотоварикапы), они используются для параметрического усиления слабых фототоков.
Широкий спектр применения варикапов в современных условиях определяет актуальность работ, посвященным изучению свойств данных полупроводниковых элементов.
Целью настоящей курсовой работы является изучение свойств р-n перехода, на которых основано создание и применение варикапов.
Для достижения цели работы необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:
 изучить свойства емкости р-n перехода;
 определить назначение и применение варикапов;
 рассмотреть основные характеристики варикапов.
Объектом работы являются варикапы.
Предмет работы – изучение свойств и характеристик варикапов.
Решение поставленных задач обеспечивается использованием методов системного подхода и рационального использования теоретических исследований, обобщения и анализа известных научных результатов.

Текст работы:

В соответствии с заданием на курсовое проектирование рассмотрен комплекс вопросов, включающих в себя изучение емкостных свойств р-n-перехода, на которых основано создание и применение варикапов.
В результате проделанной работы достигнуты следующие результаты:
1. Изучены разновидности и основные свойства емкости р-n перехода.
2. Проведено изучение назначения, устройства и основных вариантов применения варикапов.
3. Проанализированы основные характеристики варикапов.
Варикапы чаще всего применяются в электронных блоках частотной модуляции, деления и умножения частоты, а также в схемах, предназначенных для того, чтобы перестраивать частоты колебательных контуров. Они необходимы в них в качестве элементов, имеющих электрически управляемую емкость. Если ранее практически во всех электронных узлах, которые располагали функцией перестройки частоты, для ее реализации применялись различные механические устройства, которые морально устарели сразу же после того, как появились варикапы.

Заключение:

ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковая техника – это электронные компоненты, работа которых основана на использовании свойств полупроводниковых материалов.
Применение полупроводников является одним из основных направлений развития технического прогресса. Они позволяют автоматизировать сложнейшие системы, обеспечить надежность и безопасность их функционирования и открывают перспективы дальнейшего развития техники.
Полупроводниковые приборы используются в различных областях промышленности и социальной сферы, позволяют решать сложнейшие вопросы эксплуатации, контроля и надежности различных систем. В электронных системах полупроводниковая техника служит для преобразования сигналов, в энергетических – для преобразования одного вида энергии в другой.
Развитие полупроводниковой электроники идет как по пути улучшения параметров полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы, фотоэлементы), так и по пути использования их в самых различных режимах. Примером тому могут служить многочисленные области применения полупроводниковых диодов. Полупроводниковые диоды используются не только для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты (взамен кенотронов и ламповых диодов), но и для стабилизации напряжения (стабилитроны), для генерирования и усиления колебаний высокой частоты (туннельные диоды), для переключения тока в схемах автоматики (переключающие диоды) и т. д.
Полупроводниковый диод стали широко использовать и как управляемую емкость (варикап). Варикапы применяются для параметрического усиления слабых сигналов, для электронной настройки контуров и фильтров, в счетных устройствах и во многих других схемах. Были разработаны светочувствительные емкости (фотоварикапы), они используются для параметрического усиления слабых фототоков.
Широкий спектр применения варикапов в современных условиях определяет актуальность работ, посвященным изучению свойств данных полупроводниковых элементов.
Целью настоящей курсовой работы является изучение свойств р-n перехода, на которых основано создание и применение варикапов.
Для достижения цели работы необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:
 изучить свойства емкости р-n перехода;
 определить назначение и применение варикапов;
 рассмотреть основные характеристики варикапов.
Объектом работы являются варикапы.
Предмет работы – изучение свойств и характеристик варикапов.
Решение поставленных задач обеспечивается использованием методов системного подхода и рационального использования теоретических исследований, обобщения и анализа известных научных результатов.

Список литературы:

 ВАРИКАПЫ
Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Название этого прибора можно перевести с английского языка, как «переменная емкость», поскольку состоит они из частей двух английских слов: «variable» («переменный») и «capacity» («емкость»).
Как было показано выше, диод обладает барьерной и диффузионной емкостями. В качестве варикапов используют только диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная емкость. Диффузионная емкость проявляется при прямом смещении диода, когда проводимость его велика и велики потери мощности из-за относительно больших активных токов через диод [1].
2.1. Принцип работы варикапа
При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа – с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обеднённого слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необеднённые зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика (рис.8).
В соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено толщиной базы, далее которой толщина обеднённого слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума ёмкости с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения ёмкости — электрический лавинный пробой обеднённого слоя [15].

Рисунок 8 – Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре

Зависимость емкости от напряжения смещения различна для варикапов, изготовленных методом диффузии или методом вплавления примесей. В сплавных варикапах с резким р-n-переходом зависимость барьерной емкости от напряжения смещения получается более резкая.
Связано это с тем, что глубина проникновения электрического поля в материал зависит от удельного сопротивления этого материала. В сплавном варикапе слои базы, прилегающие к переходу, легированы равномерно, а в диффузионном – при удалении от перехода концентрация нескомпенсированных примесей увеличивается, т. е. уменьшается удельное сопротивление.
Поэтому для получения еще более резкой зависимости емкости варикапа от напряжения смещения необходимо создавать в базе варикапа аномальное распределение некомпенсированных примесей с градиентом концентрации другого знака по сравнению со знаком градиента концентрации в базе диффузионного диода (рис. 9).
Как и в других диодах, сопротивление базы варикапа должно быть по возможности малым. Одновременно для большего пробивного напряжения необходимо большее удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к р-n-переходу [6].