Электроника

п/п приборы

п/п -материал ,удельная проводимость которого сильно зависит от внешних факторов –кол-ва примесей, температуры, внешнего эл.поля, излучения, свет, деформация

Достоинства: выс. надежность, большой срок службы, экономичность, дешевизна.

Недостатки: зависимость от температуры, чувствительность к ионизирован излучению.

Основы зонной теории проводимости

Согласно квантовой теории строения вещества энергия электрона может принимать только дискретные значения энергии. Он движется строго по опред орбите вокруг ядра.

Не в возбужденном состоянии при Т=0К , электроны движутся по ближаишей к ядру орбите. В твердом теле атомы ближе друг к другуÞ электронное облако перекрываетсяÞ смещение энергетических уровнейÞ образуются целые зоны уровней.

     Е

  Разрешенная

  Запрещенная зона

                                                                                 d

1)Разрешенная зона кт при Т=0К заполненная электронами наз – заполненной.

2)верхняя заполненная зона наз – валентной.

3)разрешенная зона при Т=0К где нет электронов наз – свободной.

4)свободная зона где могут находиться возмущенные электроны наз зоной эквивалентности.

Проводимость зависит от ширины запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости.

               êЕ=Епр-Ев

Ширина запрещенной зоны в пределах  0,1~3,0 эВ (электрон вольт) характерна для п/п

Наибольшее распространение имеют П/П

Кремний, Германий, Селен и др.

Рассмотрим кристалл «Ge»

При Т=0К

При Т>0К электроны (заряд -q)отрываются образуют свободные заряды Þ на его месте образуется дырка (заряд +q)      это называется процессом термогенерации

Обратный процесс наз – рекомбинацией

n – электронная проводимость

p – дырочная проводимость

t - время жизни носителя заряда (е).

Вывод: таким образом nроводимость в чистом П/П обоснована свободными электронами или дырками.

     d=dn+dp=qmnrn+qmprp

где: r-концентрация

        m-подвижность =u/Е

Собственная проводимость сильно зависит от  t°

П/П приборы на основе собственной проводимости.

Зависимость собственной проводимости от внешних факторов широко исполь-ся в целом ряде полезных П/П приборов.

1)Терморезисторы (R зависит от t° )

Температурный коэффициент:

ТКС>0  у П/П

                             ТКС<0 у проводников

Применяют в устройствах авт-ки в качестве измерительного преобразователя t° (датчики)

2)Варисторы (R зависит от внешнего эл. Поля)

ВАХ                                              I=f(u)

                                                Прим-ют для защиты

                                                терристоров от

                                                перенапряжения

3)Фотосопротивление – R зависит от светового потока

применяют в сигнализации, фотоаппаратуре

4)Тензорезисторы – R зависит от механич деформаций

применяют для измерения деформаций различных конструкций (датчики давления – сильфоны)

Примесная проводимость п/п.

Это проводимость обусловленна примесями:

-внедрения

-замещения

Роль примесей могут играть нарушения кристалической решетки.

-Если внедрить в кристал Ge элемент I группы сурьму Sb, тогда один из 5 валентных электронов Sb   окажется свободным, тогда образуется эл. проводимость, а  примесь называется донорной.

-Если внедрить элемент III группы индий I тогда 1 ковалентная связь останется останется свободной =>

Образуется легко перемещаемая дырка (дырочная проводимость), примесь называют акцепторной.

Основным носителем заряда наз. Те кт в п/п >

П/п с дырочной проводимостью наз. п/п –p типа,  а с электоронной проводимостью – n типа.

Движения носителей заряда  т.е. ток обуславливается 2 причинами: 1) внешнее поле – ток наз. дрейфовым. 2)разнасть концентраций – ток наз. диффузионным.

В п/п имеется 4 составляющие тока:

i=(in)Д+(ip)Д+(in)Е+(ip)E

Д-диффузионный  Е-дрейфовый

Электрические переходы.

Называют граничный слой между 2-ми областями тела физические св-ва кт. различны.

Различают: p-n, p-p+, n-n+, м-п/п, q-м, q-п/п переходы прим. В п/п приборах (м-метал прим. в термопарах)

Электронно-дырочный p-n переход.

Работа всех диодов, биполярных транзисторов основана на  p-n переходе

Рассмотрим слой  2х Ge  с различными типами проводимости.

   р

                                                                               n

Обычно переходы изготавливают несемметричными pp>>     << nn

Если pp>> nn то  p-область эмитерная, n- область- база

В первый момент после соединения кристаллов из-за градиента концентрации возникает диффузионный ток соновных носителей.

На границе основных носителей начнут рекомбинировать, тем самым обнажаться неподвижные ионы примесей.

Граничный слой. Будет обеднятся носителями заряда => возникнет внутреннее U. Это U будет препятствовать диффузионному току и он будет падать. С другой стороны наличие внутреннего поля обусловит появление дрейфого тока неосновных носителей. В конце концов диффузионный  ток станет = дрейфовому току и суммарный ток через переход будет = 0

U контакта≈jтln((Pp0)/(np0))

jт≈25мB температурный потенциал при 300 К

Uк=0,6-0,7В Si;0,3-0,4В Ge.

Различают 3 режима работы p-n перехода:

1)Равновесный (внешнее поле отсутствует)

2) Прямосмещенный  p-n переход.

В результате Uвнпадает =>возникает диф. ток электорнов  I=I0 eU/mjт

m  ≈  1 Ge

          2 Si             I0 тепловой ток.

I  обусловлен основными носителями зарядов. Кроме него  ток неосновных носителей будет направлен встречно.: I= I0(eU/mjт-1)

3)Обратно смещенный p-n переход I- обусловлен токами неосновных носителей       I=- I0

ВАХ p-n перехода

Емкости p-n  переходов.

Различают: -барьерную, -диффузионную.

Барьерная имеет  место при обратном смещении  p-n перехода. Запирающий слой выступает как диэлектрик =>конденсатор    e=f(U)   Эта  емкость использована в варикапах.

                                C ≈1/√U

Диффузионный ток имеет место при прямом смещении p-n перехода      Cд=dQизб/dU

Реальные ВАХ p-n переходов.

Отличаются от идеальных след. образом:1)Температурная зависимость

2) Ограничения тока за счет внутреннего R базы

3)Пробой p-n перехода :1-лавинный, 2- туннельный, 3- тепловой ( 1,2- обратимые;3-необратимый) I0 ≈ 10 I0

П/п диоды.

Прибор с 1м  p-n переходом и 2мя выходами

Квалифицируют по технологии, - по конструкции, - по функциональному назначению:

-выпрямительные,       А +                 К

-ВЧ диоды,

 стабилитроны,

-варикапы,

-светодиды,

-фотодиоды,

-тунельные,

-обращенный  

Маркировка по справочнику

1)Выпрямит. диоды – предназначены для выпрямления ~ I  в =

Основные параметры

Iср.пр- средний прямой,Uпр,Uобр.,P-мощность, Iпр.имп.

2)Вч диоды  выполняются обычно по точечной технологии

Cд-емкость, Iпр.имп, Uпр.ср, t установления, t востановления,

3)Диод Шотки – диод на основе перехода металл ->п/п, быстродействующий. Uпр.=0,5В, ВАХ не отличается от экспоненты в диапазоне токов до 1010

4)Стабилитрон – это параметрический стабилизатор напряжения, стабилизирует напряжение от единицы до сотен вольт.Uст – обратная ветвь ВАХ; пробой лавинный

ВАХ

                                                        r=∆U/∆I

                                                             чем < тем лучше

Д814Д => U=12 В      Rбал.=(E-Uст.)/(Iст.+Iн.)

Кст.=(∆Е/Е)/(∆U/Uн) ТКН – температупный коэффициент U=(∆U/U)/ ∆t≈0,0001%

5)Стабистор – предназначен для получения малых стабильных напряжений

                                           в них исп. прямая ветвь ВАХ

                                            КС07А       U=0,7B

6) Варикап –параметрическая емкость, вкл. в обратном смещении. Примечание :- в системах авто –подстройки частоты в телерадио и т.д.;-получение угловой модуляции(угловой или фазовой)

7)Тунельный диод   ВАХ имеет участок «-» R

Примечание: Для получения высокочастотных колебаний (генератор); пороговые утройсва – тригеры Шмита

8) Обращенный диод – это разновидность тунельного - в нем нет «-» R, - в работе используют  обратную ветвь ВАХ

Биполярные транзисторы

П/п прибор с 2-мя и более переходами и с 3-мя и более выводами

Различают транзисторы проводимости:

 n-p-n,  p-n-p

Режимы работы БТ

1.)Отсечка – оба перехода закрыты, обратно смещены

2.)Насыщения – оба перехода смещены прямо

3.)Активный режим – эммитеры прямо, колектор обратно

4)Активно инверсный – эммитеры обратно, колектор прямо

Активный режим. Физика работы.

Iк=aIэ+Iко    Iко-обратный ток колектора, a-коэффициент передачи тока эмитера

Схемы включения транзисторов.

1)Схема с общей базой

Iвх-Iэ

Iвых-Iк

Uвх-Uэб

Uвых-Uкб

2)Схема с общим эмитером

3) Схема с общим колектором

Каждая схема  характеризуется семействами входных и выходных статических ВАХ

Iвх=f(Uвх)  |  Uвых-const

Iвых=f(Uвых)  |  Iвх-const

ВАХ транзисторов

1)ОЭ

Iк=bIб +(Uкэ/r*к)+I*к0     b-коэффициент передачи Iб

                                            b=a/1-a

2)ОБ

Iк=aIэ+I к0+(Uкб/rк)      r*к=( rк/1+b)      I*к0=I к0(1+b)

Малосигнальная эквивалентная схема замещения транзистора

1)ОЭ

rк≈100 Ом       rэ=dUбэ/dIб  | Uк- const

rэ=2jt/Iэ0 =(Si)≈50мВ/ Iэ0

r*к=dUкэ/dIк  | Iб- const     ≈100кОм

Ск*=Ск(1+b)  ≈  5-15мкФ 

2)ОБ

rэ=dUбэ/dIэ  | Uк- const

r*к=dUкб/dIк  | Iэ- const    

Частотные  свойства транзистора

Зависят от емкостей транзистора, межэлектородных емкостей, и от коэффициентов a и b

fср=fсрa/b    – для b

h –параметры транзистора

ΔU1=h11ΔI1+h12 ΔU2

ΔI2=h21ΔI1+h22 ΔU2

h11= ΔU1/ ΔI1    │ΔU2=0 – входной сигнал

h12= ΔU1/ ΔU2 │=μ=0 – коэф. обр. отриц. внутр.связи

│ΔI1=0

h21= ΔI2/ ΔI1        │ ΔU2=0 – коэф усиления I

h22= ΔI2/ ΔU2   │=1/rк  выходная проводимость

│ΔI1=0

Связь h-параметров с собственными параметрами транзистора