Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.07.2024
Просмотров: 677
Скачиваний: 1
СОДЕРЖАНИЕ
С.Н. Гринфельд физические основы электроники
1. Электропроводность полупроводников
1.1. Строение и энергетические свойства кристаллов твердых тел
1.2. Электропроводность собственных полупроводников
1.3. Электропроводность примесных полупроводников
1.4. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках
2. Электронно-дырочный переход
2.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения
2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении
2.4. Вольт-амперная характеристика электронно- дырочного перехода. Пробой и емкость p-n-перехода
3.1. Общие характеристики диодов
4. Полупроводниковые транзисторы
4.1.2. Принцип действия транзистора
4.1.3. Схемы включения транзисторов
4.1.5. Влияние температуры на статические характеристики бт
4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом Структура и принцип действия пт
Схемы включения полевого транзистора
Температурная зависимость параметров птуп
4.2.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
Структуры пт с изолированным затвором
Статические характеристики мдп-транзистора с индуцированным каналом
Статическая характеристика передачи (или сток – затвор)
Статические характеристики мдп-транзистора со встроенным каналом
Максимально допустимые параметры полевых транзисторов
5.2. Диодные тиристоры (динисторы)
5.4. Симметричные тиристоры (симисторы)
5.5. Зависимость работы тиристора от температуры
6.1. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей
6.3. Обратные связи в усилителях
6.3.3. Влияние отрицательной ос на нелинейные искажения и помехи
6.3.4. Влияние отрицательной ос на частотные искажения
6.3.5. Паразитные ос и способы их устранения
6.5. Каскады предварительного усиления
6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току
6.5.5. Усилительный каскад на полевом транзисторе
6.5.6. Схема с ос (истоковый повторитель)
7.1. Определение усилителя постоянного тока. Дрейф нуля
7.2. Однотактные усилители прямого усиления
7.3. Дифференциальные усилители
7.3.2. Схемы включения дифференциального усилителя
7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей
8. Определение и основные характеристики операционных услителей
8.1. Устройство операционных усилителей
8.2. Характеристики операционных усилителей
8.4. Применение операционных усилителей
Неинвертирующий усилитель на оу
И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель
У Рис. 8.14. Схема усредняющего усилителясредняющий усилитель
Усилители переменного напряжения
9. Устройства сравнения аналоговых сигналов
10.3. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов
О Рис. 1. Схема исследования характеристик транзистора по схеме с оЭписание лабораторной установки
Лабораторная работа 2 исследование однокаскадного усилителя с общим эмиттером
Описание лабораторной установки
Лабораторная работа 3 дифференциального усилителя постоянного тока
Описание лабораторной установки
Последовательность расчета усилителя
Последовательность Расчета усилителя в области низких частот
Софья наумовна гринфельд физические основы электроники Учебное пособие
Емкость, обусловленная объемными зарядами инжектированных электронов и дырок по обе стороны от p-n-перехода, где их концентрация в результате диффузии через p-n-переход велика, носит названиедиффузионной. Она проявляется при прямом напряжении, когда происходит инжекция носителей заряда, и значительно превышает по величине барьерную емкость, составляя в зависимости от величины прямого тока сотни и тысячи пикофарад. При обратном напряжении она практически отсутствует. Её вольт-фарадная характеристика представлена на рис. 2.7, б.
Таким образом, при прямом напряжении следует учитывать диффузионную емкость, а при обратном – барьерную.
Полупроводниковые диоды
3.1. Общие характеристики диодов
Д
Рис. 3.1. Устройство
полупроводникового диода
Принцип работы большинства диодов основан на использовании физических явлений в электрическом переходе, таких, как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электронно-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.
Различают диоды:
в зависимости от назначения:
выпрямительные;
стабилитроны;
варикапы;
туннельные;
импульсные и др.;
по применяемым исходным материалам:
германиевые;
кремниевые;
из арсенида галлия;
по технологии изготовления:
сплавные;
диффузионные;
планарные;
по частотному диапазону:
низкочастотные;
высокочастотные;
СВЧ-диоды (сверхвысокочастотные диоды);
по типу р-n-перехода:
плоскостные;
точечные.
Плоскостнымназывают р-n-переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше толщины. К точечным относят переходы, размеры которых, определяющие их площадь, меньше толщины области объемного заряда.
Плоскостные диоды малой и средней мощности выполняются обычно со сплавным p-n-переходом. Сплавной р-n-переход в германиевых диодах (рис. 3.2) получается путем вплавления таблетки примесного акцепторного элемента (индия) в кристалл германияn-типа. При этом расплавленный индий частично диффундирует в германий, придавая близлежащей области кристалла германия дырочную проводимость. Область с дырочной проводимостью (р-типа) имеет очень низкое удельное сопротивление и является эмиттером по отношению к более высокоомному кристаллу полупроводникаn-типа – базе диода. Устройство германиевого плоскостного диода показано на рис. 3.2. Кремниевые плоскостные диоды получаются путем вплавления алюминия в кристалл кремния. Кремниевые и германиевые диоды оформляются в металлическом сварном корпусе со стеклянными изоляторами и гибкими выводами.
В мощных плоскостных диодах p-n-переход чаще выполняется путем диффузии из газовой фазы атомов примеси в кристалл полупроводника. При диффузионном методе обеспечивается лучшая воспроизводимость параметров диодов. Мощные диоды часто выполняются с охлаждающими радиаторами.
Вточечныхдиодах (рис. 3.2, б) выпрямляющийp-n-переход образуется между металлическим острием контактной пружины (диаметром 10...20 мкм) и кристаллом полупроводника обычноn-типа. Переход создается за счет пропускания коротких и мощных импульсов прямого тока через диод. При этом острие контактной пружины сплавляется с кристаллом, и вблизи места сплавления за счет диффузии расплавленного металла острия в кристалл получается область полупроводникаp-типа. Точечные диоды вследствие малой площадиp-n-перехода выпускаются на малые токи.
Т
Рис.
3.3. Вольт-амперные характеристики: 1
–n-p-перехода,
2 –диода
.
Отсюда напряжение, приложенное к диоду, равно:
Uэб=Irб+Upn.
Необходимо заметить, что сопротивление базы (rб) зависит от величины прямого тока диода, поэтому вольт-амперная характеристика и в области больших токов является нелинейной функцией.
При увеличении обратного напряжения ток диода не остается постоянным и равным току I0. Одной из причин увеличения тока является термическая генерация носителей заряда в переходе, не учтенная при выводе выражения для теоретической ВАХ. Составляющая обратного тока через переход, зависящая от количества генерируемых в переходе носителей, называетсятоком термогенерации(Iтг). С ростом обратного напряжения переход расширяется, количество генерируемых в нем носителей растет и токIтгтакже увеличивается.
Другой причиной увеличения обратного тока является конечная величина проводимости поверхности кристалла, из которого изготовлен диод. Этот ток называется током утечки(Iу). В современных диодах он всегда меньше термотока. Таким образом, обратный ток в диоде, обозначаемыйIобр, определяется как сумма токов:
Iобр=I0 +Iтг+Iу.
Каждый тип диодов характеризуется параметрами – величинами, определяющими основные свойства приборов, а также имеет отличные от других вольт-амперные характеристики. Различают параметры, которыми характеризуется любой полупроводниковый диод, и специальные, присущие только отдельным диодам.
Полупроводниковые диоды имеют следующие основные параметры:
постоянный обратный ток диода (Iобр) – значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;
постоянное обратное напряжение диода (Uобр) – значение постоянного напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении;
постоянный прямой ток диода (Iпр) – значение постоянного тока, протекающего через диод в прямом направлении;
постоянное прямое напряжение диода (Uпр) – значение постоянного напряжения на диоде при заданном постоянном прямом токе;
Предельный режим работы диодов характеризуют максимально допустимые параметры– параметры, которые обеспечивают заданную надежность и значения которых не должны превышаться при любых условиях эксплуатации:
максимально допустимая рассеиваемая мощность (Рmах);
максимально допустимый постоянный прямой ток (Iпр. mах), значение которого ограничивается разогревом р-n-перехода;
максимально допустимое постоянное обратное напряжение (Uобр. mах);
дифференциальное сопротивление (rдиф);
минимальная (Тмин) и максимальная (Тmах) температуры окружающей среды для работы диода.
Допустимая рассеиваемая мощность (Рmах) определяется тепловым сопротивлением диода (Rт), допустимой температурой перехода (Тп mах) и температурой окружающей среды (То) в соответствии с соотношением:
.
Максимально допустимый прямой ток можно определить по заданной, максимально допустимой мощности:
.
Обратное максимально допустимое напряжение (Uобр. mах) для различных типов диодов может принимать значения от нескольких единиц до десятков тысяч вольт. Оно ограничивается пробивным напряжением:
Uобр max≈ 0,8Uпроб.
Дифференциальное сопротивление (rдиф) равно отношению приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока через диод:
.
Сопротивление rдифзависит от режима работы диода.
Минимальная температура окружающей среды (Тмин), при которой могут эксплуатироваться полупроводниковые диоды, обычно равна -60°С. При более низких температурах ухудшаются электрические и механические свойства полупроводниковых кристаллов и элементов конструкций диодов.
Для германиевых диодов максимальная температура Тмакс= +70 °С. Для кремневых она может достигать +150 °С. При более высоких температурах происходит вырождение полупроводника: концентрации основных и неосновных носителей становятся одинаковыми, переход перестает обладать свойствами односторонней проводимости
Обозначение диодов состоит из шести символов:
первый символ (буква или цифра) обозначает материал диода (цифрой обозначаются диоды, способные выдерживать более высокую температуру):
Г или 1 – германий;
К или 2 – кремний;
А или 3 – соединения галлия;
-
второй символ (буква) указывает подкласс приборов:
А – сверхвысокочастотный;
Б – с объёмным эффектом Ганна;
В – варикапы;
Г – генераторы шума;
Д – выпрямительные, универсальные, импульсные;
И – туннельные и обращенные;
К – стабилизаторы тока;
Л – излучающие;
Н – динисторы;
С – стабилитроны стабисторы;
У – тиристоры;
Ц – выпрямительные столбы и блоки;
третий символ (цифра) обозначает классификационный номер, по которому различают диоды внутри данного типа (например: 1 – малой мощности, 2 – средней мощности, 3 – большой мощности, 4 – универсальные и т.д).
четвертый и пятый символы (цифры) обозначают порядковый номер разработки (от 1 до 99).
шестой символ (буква), указывает различие по параметрам, которые не являются классификационными.