Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
РаССМОТрИМ Пример, ПО- Рис. ю.
казанный на рис. 10. При
обратном напряжении V, приложенном к диоду, электроны и дырки отошли на расстояние й по обе стороны перехода, образовав около перехода среду с плотностью заряда +р и —р. Эффективный заряд на емкости определяется как
з=рла, (1)
и остается определить связь между V и &. Случай, показанный на рис. 10, отличается от случая включения обычной емкости с параллельными пластинами, когда поле между пластинами постоянно. Для диодного перехода электрическое поле возрастает линейно до максимального значения 4л<2/еЛ в центре перехода (е — диэлектрическая постоянная) и уменьшается до нуля при г^д, (см. рис. 10). На рис. 11 сравниваются графики полей и потен-
о о о о О Л О + + + + • • • • •
О о о Л о о 0 о + + • • • • • • • А г
81
циалов для этих двух случаев. Потенциал в Переходе вдоль оси г определяется по формуле
Исключая & с помощью уравнения (1), получим
(2) (3)
Во многих применениях обратно включенного диода малый сигнал V
Рис. 11. В обычной емкости (а) заряды + <? и — <2 расположены на пластинах площадью А и разделены средой с диэлектрической постоянной е. В диоде (б) с обратным смещением заряды + <3 и — С} распределены равномерно в некоторой переходной области. В емкости (в) электрическое поле в пространстве между пластинами однородно. В диоде, включенном в Прямом направлении, электрическое поле растет линейно К середине перехода и затем линейно уменьшается (г). В емкости (Э) потенциал лииейно растет в пространстве между пластинами. В диоде, включенном в прямом направлении, потенциал меняется по квадратичному закону (е).
подается на диод последовательно с основным напряжением смещения. Поэтому важно найти емкость перехода для этого малого сигнала
г
Решая уравнение (3) относительно получим
(4)
(5)
82
Дифференцируя уравнение (5) по V и подставляя в (4), получаем
ер V/і А
1бя)
(6)
В5ш
Чтобы найти зависимость емкости Су (для малого сигнала) от напряжения, собирается схема, показанная на рис. 12. Схема питается от транзисторного выпрямителя на 0-ь35 е и 200 ма. Определите резонансную частоту для каждого значения основного напряжения и вычислите емкость из формулы
' 1 (7)
ЮАЬ
2я Уьс '
Рис. 12.
Следует помнить, что емкость С,
которую вы определяете, это емкость Ср, включенная параллельно с входной емкостью осциллографа. Как учесть эту добавочную емкость?
Работа 1.10. МОДУЛЯЦИЯ
Здесь мы используем полупроводниковый диод как ключ для включения и выключения синусоидально изменяющегося сигнала. Схема, выполняющая такие функции, называется электронными «воротами». Когда «ворота» открыты, сигнал проходит. При закрытых «воротах» сигнал пройти не сможет. Мы используем сигнал, подверженный такому воздействию, для изучения возникновения вынужденных колебаний в /_/?С-цепочке. (Вспомним что в Р. 1.6 мы возбуждали ЬЯС-котур с помощью генератора прямоугольных импульсов и изучали затухающие колебания.) Мы увидим, что, подавая на диоды небольшие сигналы, можно выполнить операцию умножения двух сигналов.
Каким образом диод можно использовать как ключ? На рис. 1 показана вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Она очень близка к характеристике диода, которую вы получили в Р. 1.9.
Рассмотрим теперь схему, показанную на рис. 2, где напряжение 10 в подано на последовательно соединенные диод В и сопротивление Н~Ш) ом. Какое напряжение падает на диоде? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны графически решить уравнение схемы
У+1Я = Уо, (1)
где V и / — напряжение на диоде и ток через диод. Уравнение (1) — это прямая линия на диаграмме /, V. Она показана на рис. 1 сплошной прямой линией для параметров схемы рис. 2. Эта линия обычно называется нагрузочной прямой. Мы должны считать, что вольт-амперная характеристика диода на рис. 1 и уравнение (1) образуют
83
систему уравнений, которую мы решим графически. Из рис. 1 видно, что напряжение на диоде близко к 1,7 е. Таким образом, только небольшая часть напряжения У0 падает на диоде, и можно считать, что сопротивлением диода можно пренебречь по сравнению с сопротивлением в 500 ом. Какое напряжение будет на диоде, если переменить поляр-
+
500
1
Ж
4
Рис. 1,
Рис. 2.
рис 3.
ность напряжения, т. е. включить —10 в? Уравнение (1) для У0=—10 показано на рис. 1 в виде пунктирной нагрузочной прямой. По пересечению этой линии с вольтамперной характеристикой диода мы видим, что на диоде падает 8 в, т. е. почти все напряжение.
Таким образом, в этом случае диод можно считать разомкнутой цепью по сравнению с сопротивлением в 500 ом.
Этот пример показывает, что диод может действовать как ключ, отпирание или запирание которого зависит от приложенного напряжения и величины последовательно включенного сопротивления.
Схема на диодах марки Ш34АЬ, которую мы используем для модуляции радиочастотного сигнала, показана на рис. 3. Здесь /?1=*47 ом, #2=470 ом. Пусть модулируюшим сигналом будет прямоугольный импульс с амплитудой У0=Юб,. как показано на рис. 3. В течение первого полупериода напряжение на выходе генератора прямоугольных волн равняется нулю. Для малых высокочастотных сигналов мы
