 |
 |
 |
 |
использовать теплоотвод, который имеет тепловое сонротнвление относительно окружающей среды es = 20 °С/Вт, то тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой уменьшится со ПО до 20 °С/Вт. Теперь суммарное тепловое сопротивле-,ние будет равно 6, = Qjc + в„в = (40 + 20) °С/Вт = = 60 °С/Вт, а максимально допустимая мощность рассеяния увеличится до Pd(MAx) = 150 °С/60 °С/Вт = 2,5 Вт. В предельном случае, когда теплоотвод можно считать идеальным, или бесконечным, т. е. имеющим нулевое тепловое сопротивление, получим = &jc = 40 °С/Вт. Максимально допустимая мощность рассеяния достигает при этом значения Pd (мах)= 150 "0/40 "С/Вт == = 3,75 Вт.
ЗАДАЧИ
Варакторный эпитаксиальный р*пл+-диод (задачи 2.1-2.14)
2.1. Может ли одни и тот же варакторный диод служить для настройки во всем ОВЧ-диапазоне телевещания, если учесть, что этот диапазон содержит частоты от 54 до 88 МГц (каналы 2-6) и от 174 до 216 МГц (каналы 7-13), а ширина каждого канала 6,0 МГц? Принять, что минимально возможное обратное смещение составляет 3,0 В, а максимальное напряжение питания схемы 30 В. Пояснить ответ.
2.2. Может ли одни варакторный диод служить для настройки во всем ОВЧ-диапазоне телевещания (каналы 2-13), если в схеме предусмотрена возможность переключения индуктивности между большим значением if и меньшим La (-i используется для нижней полосы частот, т. е. для каналов 2-6, а Ц для верхней полосы, т. е. для каналов 7-13)? Пояснить ответ,
2.3. Найти, какими должны быть минимальное и максимальное значения емкости, если используется описанный выше метод переключения индуктивности, причем схема содержит постоянную емкость 4,0 пФ. (Ответ: С J (jv\!n)~ 34,62 пФ (полное обеднение эпитаксиального слоя), С j (мах)~ = Cj (-3 В) = 98,56 пф.)
2.4. Найти, какой должна быть площадь перехода, если концентрация примеси в эпитаксиальном слое равна Aepi = 1-10 см- (удельное сопротивление 5 Ом-см). (Ответ: А = 2,10 мм.)
2.5. Найти, какой должна быть толщина эпитаксиального слоя, если глубина перехода равна xj=2,Q мкм. (Ответ: 4pi = 8,33 мкм.)
2.6. Найти максимальное последовательное сопротивление Rs (3 В). (Ответ: ?s(3 В) = 0,105 Ом).
2.7. Найти минимальное значение Q (т. е. значение Q при напряжении 3 В на частоте 174 МГц). (Ответ: Q= 88,4.)
2.8. Каким должно быть значение Q на частоте 174 МГц, чтобы получить ширину полосы 6 МГц? Удовлетворяет ли этому требованию найденное значение добротности варактора? (Ответ: Q = 29; удовлетворяет.)
2.9. Как изменятся все указанные ниже значения параметров, если вдвое увеличить площадь перехода:
) (МАХ)(ответ: 2 : 1); ) (M!N) (ответ; 2 : 1);
в) коэффициент модуляции емкости (ответ: не изменится);
г) последовательное сопротивление Rs (ответ: 1 : 2); Д) Q (ответ: не изменится);
е) Отношение максимальной и минимальной полной емкости (ответ 2,746 : 2,656);
ж) коэффициент перестройки /дх/мш (ответ: 1,657 : 1,630),
2.10. Какими будут последовательное сопротивление и добротность при напряжении 3 В на частоте 174 МГц, если вместо эпитакснальной пластины п/п+ использовать неэпитаксиальную пластину л-типа с удельным сопротивлением 5 Ом-см? Будет ли прн этом добротность достаточно высокой? (Ответ: Rs=- 7,1 Ом, Q (-3 В, 175 МГц) = 1,30; нет,)
2.11. Обладает ли эпитаксиальный диод с комплементарной л+рр+-структурой какими-либо преимуществами по сравнению с р+«п+-диодом? Пояснить ответ. Как будут отличаться добротности этих двух структур при одних и тех же размерах и одинаковой концентрации примеси? (Ответ: не обладает; значение Q комплементарной структуры в -2,5 раза ниже.)
2.12. .Может ли один и тот же варакторный диод служить для настройки во всем УВЧ-диапазоне телевещания, охватывающем частоты от 470 до 890 МГц (каналы 14-83), если минимально возможное напряжение обратного смещения составляет 3,0 В, а максимальное напряжение питания в схеме 30 В? (Ответ: нет.)
2.13. Каким должно быть минимальное напряжение смещения на диоде, чтобы он мог служить для настройки во всем УВЧ-диапазоне телевещания? (Ответ: ,m!N) = .6 В.)
2.14. Емкость перехода варакторного диода зависит от температуры. Температурный коэффициент емкости может быть выражен как ТКЕ = = (\/С,) (dCj/dT). Типичное значение ТКЕ = 4-10-V°C = 0,04 %/°С.
а) Каков соответствующий температурный коэффициент частоты (ТКЧ) резонансного контура? (Ответ: ТКЧ = (1 ) (d/ZriT) = 2-10-*/°С = = 0,02 %/°С,)
б) Может ли этот температурный уход частоты нарушить работу схемы настройки УВЧ-диапазона, в частности для канала 83 (890 МГц), который можно рассматривать как «худший случай»? (Ответ: А/= = 0,18 МГц/°С, или всего 3 %/°С для ширины канала 6 МГц; таким образом, изменение температуры на несколько °С не должно иметь серьезных последствий, однако более значительные изменения температуры могут нарушать настройку,)
в) Ответить на вопрос пункта (б) для случая схемы ЧМ-настройки (88- 108 МГц) с шириной полосы ЧМ-канала 200 кГц. (Ответ: Д/ = 22 кГц/°С, или ~11 % ширины канала на 1 °С; таким образом, при изменении температуры всего на несколько градусов настройка может серьезно нарушиться, если не предусмотреть компенсации ухода частоты,)
2.15. Переключательный pin-диод. Дано: планарный эпитаксиальный переключательный диод ОВЧ-диапазона с р+пп+ (рш)-структурой (рис. 32,15). Емкость корпуса 0,05 пФ.
а) Найти минимальную емкость диода, (Ответ: 0,162 пФ,)
б) Найти вклад базового (эпитаксиального) слоя в последовательное сопротивление при очень малых прямых токах (ответ: Rq » 936 Ом).
в) Найти вклад подложки в последовательное сопротивление (ответ; 0,35 Ом).
г) При прямо.м смещении происходит инжекция дырок нз р+-области в слаболегнрованный эпитаксиальный «-слой, что приводит к притоку в этот слой дополнительного числа электронов из п-ь-подложки. Приток электронов вызван необходимостью нейтрализации заряда дырок, проходящих через эпитаксиальный слой, т. е. через базу. Поступление избыточных электронов и дырок в базовую область приводит к повышению проводимости н, следовательно, к снижению последовательного сопротивления базы. Этот эффект называется модуляцией проводимости.
Ниже приводится выражение для сопротивления базы, учитывающее эффект модуляции проводимости:
Ьаье
/(1+6)
где b= Jinjip-отношение подвижностей электронов и дырок (для кремния оно равно 2,5), Ro- немодулнрованное сопротивление базы (base при / = 0). При 6 = 2,5 и Уг = 26 мВ (при 27 °С), найти сопротивление базы при следующих значениях прямого тока: 100 нА, 1,0 мкА, 10 мкА, 100 мкА, 1 мА, 10 мА, 30 мА, 50 мА, 100 мА и 200 мА. (Ответ: 926, 878, 604, 194, 86, 5,3, 2,04, 1,30, 0,70, 0,376 Ом.)
15ZMHM
У Л
\3мнм
ЛФеРн;т n*mum(o,OOffCWcM)
Рнс. 32.15.
д) Суммарное динамическое сопротивление диода при прямом смещении определяется выражением
га = пУтИ + Rs = пУтИ + /?ьазе + Rsub-
Найти динамическое сопротивление диода для значений тока, указанных в пункте (г), при п= 1,6. (Ответ: 417 кОм, 42,5 кОм, 4,76 кОм, 610 Ом, 78 Ом, 9,75 Ом, 3,72 Ом, 2,42 Ом, 1,41 Ом, 0,88 Ом.)
е) Найти обратное смещение, при котором происходит полное обеднение базовой области и емкость перехода достигает минимального значения. Контактный потенциал принять равным 0,8 В (ответ: 10,3 В).
Ж) Какой вид будет иметь выражение для Rbuse в случае переключательного диода с комплементарной структурой (т. е. со структурой п+рр+) и с такими же, как прежде, геометрическими размерами и значениями удельного сопротивления слоев? Рассчитать Rbase и для л+рр+-днода при прямом токе 100 мА. Найти обратное смещение, необходимое для полного обеднения базовой области. (Ответ: /?ьазе = 1,58 Ом, га - = 2,35 Ом, 1/д = 31,7 В.)
з) Р+Л/1+-ДН0Д служит последовательным переключателем в 50-Ом системе (50-Ом источник, 50-Ом нагрузка) на частоте 100 МГц. Найти развязку (в дБ) при обратном смещении 15 В и вносимые потери (в дБ) при прямом токе диода 50 мА. (Ответ: 39,85 дБ, 0,208 дБ.)
и) Выполнить задание пункта (з) для случая, когда рт-днод служит параллельным переключателем. (Ответ: 21,1 дБ, О дБ.)
к) Выполнить задание пункта (з) для случая последовательно-параллельного переключателя, когда один рш-диод включен последовательно, а другой - параллельно. (Ответ: 66,6 дБ, 0,21 дБ.)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193