- •Электроника. Лекционный курс. Введение.
- •Классификация электронных приборов.
- •Этапы развития электроники.
- •Классификация веществ в зависимости от структурных особенностей твердых тел.
- •Межатомные связи. Их виды и характеристики.
- •Физические основы электронной техники. Элементы квантовой теории строения материи.
- •Классификация твердых тел по степени электропроводности. Картина энергетических зон в твердом теле.
- •Полупроводники и их свойства.
- •Основы статистики электронов и дырок в полупроводниках.
- •Законы движения носителей заряда в полупроводниках. Дрейфовый и диффузионные токи.
- •Явление дрейфа.
- •Явление диффузии.
- •Уравнение плотности полного тока в полупроводнике.
- •Электронно-дырочный переход (p-n переход).
- •Смещение p-n перехода в прямом направлении (прямое включение перехода).
- •Смещение p-n перехода в обратном направлении (обратное включение перехода).
- •Уравнение Шокли.
- •Вольт-амперная характеристика(вах)
- •Пробой p-n перехода
- •Вольт-амперная характеристика видов пробоя
- •Емкостные свойства p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •Рабочий режим диода.
- •Эквивалентные схемы диодов для различных режимов.
- •Температурные свойства диодов
- •Выпрямители. Схемы выпрямления.
- •Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
- •Импульсный режим работы диода
- •Стабилитроны
- •Параметрическом стабилизаторе.
- •Основные параметры стабилитронов
- •Варикапы
- •Основные параметры варикапов.
- •Туннельные диоды.
- •Основные параметры туннельных диодов.
- •Схемы автогенераторов на туннельных диодах.
- •Обращенные диоды.
- •Контакт (переход) металл-полупроводник. Диоды Шоттки.
- •Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Явление вторичного пробоя и модуляция толщины базы (эффект Эрли).
- •Эквивалентная схема транзистора для режима постоянного тока
- •Схемы включения биполярных транзисторов.
- •Вольт-амперные характеристики (вах) биполярных транзисторов (статические характеристики). Схемы для снятия вах.
- •Математические модели биполярных транзисторов.
- •Модель транзистора для большого сигнала (модель Эберса-Молла).
- •Модели транзистора в режиме малого сигнала (динамический режим).
- •Температурные свойства транзисторов.
- •Частотные свойства транзисторов.
- •Работа транзистора с нагрузкой (динамический режим).
- •Составной транзистор (схема Дарлингтона).
- •Эксплуатационные параметры транзистора.
- •Полевые транзисторы.
- •Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
- •Схемы включения транзисторов:
- •Полевые транзисторы с изолированным управляющим электродом (затвором).
- •Основные параметры полевых транзисторов.
- •Элементы памяти на основе моп-структур (Flesh-память).
- •Усилители электрических сигралов.
- •Классификация усилителей.
- •Основные технически показатели усилителей (параметры).
- •Характеристики усилителей.
- •Искажения в усилителях.
- •Схемотехника усилительных каскадов. Межкаскадные связи в усилителях.
- •Обобщенная структурная схема усилителя.
- •Графическая интерпретация процесса усиления сигнала транзисторной схемой с общим эмиттером.
- •Коллекторная стабилизация.
- •Эмиттерная стабилизация.
- •Полная эквивалентная схема унч с емкостной межкаскадной связью на основе биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- •Выходные каскады усилителей.
- •Построение проходной динамической характеристики.
- •Ключевой режим биполярного транзистора. Условия обеспечения статических состояний.
- •Динамика переключения ключей на биполярных транзисторах.
- •Цифровые ключи. Общие требования.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре биполярных транзисторов.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре полевых транзисторов (к-моп).
- •Усилители постоянного тока (упт). Дрейф нуля.
- •Параллельно-баласный каскад упт.
- •Дифференциальный усилитель (ду).
- •Операционные усилители (оу).
- •Структурная схема оу.
- •Основные параметры оу.
- •Схемы включения оу.
- •Виды и структура обратных связей в усилителе.
- •Генераторы электрических колебаний.
- •Релаксационные генераторы (генераторы импульсов).
- •Автогенераторы на оу с мостом Вина.
- •Автогенератор на оу с использованием моста Вина.
- •Генераторы релаксационных колебаний.
- •Блокинг-генераторы (бг).
- •Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Автоколебательный режим.
- •Электроника Список литературы по курсу «Электроника»
Основные параметры туннельных диодов.
1. |
Imax |
–пиковый ток – прямой максимальный ток на ВАХ; |
2. |
Imin |
–ток впадины – прямой ток в точке минимума ВАХ; |
3. |
U1 |
–напряжение пика – прямое напряжение, соответствующее пиковому току; |
4. |
U2 |
– напряжение впадины – прямое напряжение, соответствующее току впадины; |
5. |
U3 |
– напряжение на второй восходящей ветви ВАХ при токе, равном пиковому(напряжение раствора); |
6. |
Сд |
– емкость диода – суммарная ёмкость перехода и корпуса диода при заданном напряжении смещения; |
7. |
ΔU= U3- U1 |
– напряжение скачка (напряжение переключения). |
Схемы автогенераторов на туннельных диодах.
R2 – задает рабочую точку на участке отрицательного дифференциального сопротивления.
Туннельный переход электронов происходит за время ≈ 10-13с, поэтому fmax туннельных диодов достигает 1011Гц.
Схема простейшего автогенератора на туннельном диоде.
Резисторы R1 и R2 задают необходимое положение рабочей точки на участке отрицательного дифференциального сопротивления.
Эквивалентная схема автогенератора.
Колебательный контур образован катушкой L и собственной ёмкостью Сд диода.
RΣ – общее сопротивление (активное), учитывающее сопротивление делителя (R1,R2) и сопротивление потерь контура;
Rд – дифференциальное сопротивление падающего участка ВАХ.
Условия самовозбуждения в такой схеме будут выполняться:
.
С помощью отрицательного дифференциального сопротивления туннельного диода можно компенсировать потери в колебательном контуре и получить в нем незатухающие колебания. В зависимости от функционального назначения туннельные диоды подразделяют на: усилительные, генераторные и переключательные.
Обращенные диоды.
УГО –
Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Они характеризуются тем, что вместо участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на прямой ветви ВАХ имеется практически горизонтальный участок.
Ток на обратной ветви ВАХ начинает существенно расти при приращении обратного напряжения в единицы мВ.
В этих диодах прямую ветвь ВАХ можно считать обратной, а обратную ветвь ВАХ – прямой ветвью («ветви обращены»). Поэтому диод называется обращенным. Такой диод может быть применен для выпрямления очень малых напряжений.
Контакт (переход) металл-полупроводник. Диоды Шоттки.
Если образцы металла и полупроводника привести в соприкосновение, то возникнет некоторое движение зарядов, длящееся до тех пор, пока не установится равновесие. Такие контакты могут быть как омическими, так и выпрямляющими.
Структура и свойства контактов металл-полупроводник зависят в основном от соотношения работ выхода электронов обоих материалов. Учитывая возможность контактов полупроводников n- и p- типов с металлом можно рассмотреть 4-е варианта переходов:
Металл-полупроводник n- типа.
При этом работа выхода электронов из металла(Ам) меньше работы выхода электронов из полупроводника n-типа(Аn), т.е.: Ам < Аn
В этом случае преимущественным будет переход электронов из металла в полупроводник. Вследствие этого приконтактный слой полупроводника n-типа будет обогащаться электронами (n+), а его сопротивление будет понижаться, причем низкое сопротивление приконтактной области будет сохраняться при любой полярности. Контакт будет омическим (невыпрямляющим).
Металл-полупроводник p-типа.
При этом: Ap < Aм.
В этом случае неосновные носители полупроводника p – типа, электроны, будут переходить в металл, в результате чего приконтактный слой полупроводника p – типа окажется обогащённым дырками (p+) и его сопротивление будет понижаться и сохраняться низким при любой полярности.
Контакт будет омическим (невыпрямлющим).
Металл-полупроводник n-типа.
При этом:Ам > Аn
В этом случае поток электронов из полупроводника n-типа в металл будет преобладающим. В результате металл начнет заряжаться отрицательно, пока уровни Ферми не выровняются. Уход электронов из приконтактной области полупроводника n-типа обеднит эту область и обнажит положительные ионы доноров. Возникнет односторонний потенциальный барьер (контактная разность потенциалов). Контакт будет выпрямляющим.
Впервые это явление было обнаружено в 1930г. Немецким физиком В. Шоттки. Выпрямляющий контакт металл-полупроводник n-типа называют переходом Шоттки.
Металл-полупроводник р-типа.
Ам < Аp
В этом случае будет осуществляться переход электронов в полупроводник p-типа. В приконтактной области полупроводника p-типа возникнет избыточный заряд электронов, которые начнут рекомбинировать с дырками, создавая в приконтактной области ионы акцепторов. Эта область окажется обедненной основными носителями. Возникнет потенциальный барьер, который обеспечит вентильные свойства перехода. Контакт будет выпрямляющим.
На основе переходов 3 и 4 (An < Aм; Aм < Ap) созданы полупроводниковые приборы, которые называются диодами Шоттки.
Важнейшей особенностью диодов Шоттки является возможность работы на очень высоких частотах, что обусловлено отсутствием инжекции неосновных носителей заряда и, следовательно, отсутствием времени рассасывания (Сдиф=0).
Другой важной особенностью является значительно меньшее прямое напряжение по сравнению сp-n переходом, что позволяет работать со значительно большими прямыми токами и обеспечивать выпрямление малых напряжений.
Сравнительные ВАХ перехода Шоттки и p-nперехода.
Обратные токи в диодах Шоттки малы (доли ÷ десятки нА).
Диоды Шоттки эффективно использовать как импульсный диод и применять в выпрямителях больших токов.
Учитывая тот факт, что начальный участок прямой ВАХ представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, диоды Шоттки применяют в высокоточных логарифмирующих устройствах.
Основные параметры диодов Шоттки аналогичны импульсным диодам.
УГО -
Эквивалентная схема:
rпер. – сопротивление перехода металл-полупроводник;
Спер. – барьерная ёмкость перехода;
rБ′ - омическое сопротивление тела базы и эмиттера;
Свыв. – ёмкость выводов.
Переходы p-i, n-i, p+-p, n+-n типов. PIN диоды.
Кроме p-n и переходов металл-полупроводник, встречаются и другие типы переходов.
При контакте примесного полупроводника (p- или n- типов) с собственным полупроводником (i-типа) могут образоваться p-i или n-i переходы, при этом соответственно. Из-за разности концентраций носителей заряда возникнет диффузия носителей, что приведет к появлению разности потенциалов:
в переходе p-i-типа – между отрицательно заряженными ионами акцепторов в полупроводнике p-типа и положительно заряженными ионами в полупроводнике i-типа;
в переходе n-i-типа – между положительно заряженными ионами доноров в полупроводнике n-типа и отрицательно заряженными ионами в полупроводнике i-типа.
Однако эта разность потенциалов значительно меньше, чем в p-n переходе, и слой, обеднённый носителями заряда, простирается большей частью в область собственного (i-) полупроводника.
d=dp + di d=dn + di
Pp > Pi; di > dp Nn > Ni; di > dn
При создании p-i-n диода между p- и n- областями располагается достаточно высокоомный слой собственного полупроводника (i-типа).
p-i-nдиод.
В p-i-n диодах n- и p- области отделены друг от друга i-слоем, снижена напряженность электрического поля в i-слое, что позволяет повысить значение обратного напряжения, при котором начинается пробой.
В связи с пониженным потенциальным барьером на границе n-i и p-i, при прямом напряжении электроны и дырки проникают глубоко в i-слой, где происходит их взаимная рекомендация и практически исключается возможность образования пространственного заряда. Это позволяет повысить быстродействие таких диодов. Кроме того, пониженный потенциальный барьер позволяет увеличить допустимый прямой ток.
p-i-n диоды в режиме переключения могут работать на высоких частотах ( до 40ГГц), с большим обратным напряжением и обеспечивать переключение большой мощности (до мегаватт).
Создание структур p+-p-n и n+-n-p (где p+ и n+ - означает повышенную концентрацию легирующих примесей: акцепторной и донорной, соответственно), позволяет получить диоды с малым прямым напряжением, малым обратным током, большим напряжением пробоя, малым значением ёмкости p-n перехода.