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 другу электронное облако перекрывается смещение энергетических уровней 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.

Е=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 на его месте образуется дырка (заряд +q) это называется процессом термогенерации

Обратный процесс наз – рекомбинацией

n – электронная проводимость

p – дырочная проводимость

 - время жизни носителя заряда (е).

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

=n+p=qnn+qpp

где: -концентрация

-подвижность =

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 контактатln((Pp0)/(np0))

т≈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/mт

m ≈ 1 Ge

2 Si I0 тепловой ток.

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

t1>t2 10°C


I0=> Si=2,5

Ge=2



2) Ограничения тока за счет внутреннего R базы

I



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=Iэ+Iко Iко-обратный ток колектора, -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=Iб +(Uкэ/r*к)+I*к0 -коэффициент передачи Iб

=/1-

2)ОБ

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



Малосигнальная эквивалентная схема замещения транзистора

1)ОЭ


rк≈100 Ом rэ=dUбэ/dIб Uк- const

rэ=2/Iэ0 =(Si)≈50мВ/ Iэ0

r*к=dUкэ/dIк Iб- const ≈100кОм

Ск*=Ск(1+) ≈ 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 и

fср=fср/ – для


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


ОБ ОЭ

h11

rэ+rб(1-α) rб+rэ(1+β)

h12

0 0

h21

α β

h22

1/rк 1/rк*=(1+ β)/rк

Полевые транзисторы (ПТ)

В ПТ используется носитель заряда одного типа. Работа ПТ основана на управлении R канала ПТ поперечным электрическим полем.

ПТ с: p-n переходом

МДМ или МОП

«+»- очень простые, высокая технологичность, большое Rвх., малая стоимость.

«-»-малая крутизна

ПТ с p-n переходом



Структура и работа.



ВАХ: выходная

rc=ΔUcч/ΔIc

Uзи=const(отсечки)

≈10-100кОм


Стокозатворная характеристика



крутизна:

S=(dIc/dUзи)

Uc=const


(МДП)-транзисторы-МОП

каналом


МОП: -с встроенным

-с индуцируемым



Структура и работа.




Работа основана на явлении изменения проводимости при поверхностном слое полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием электрического поля.

ВАХ:

стокзатворная изолированный канал



Встроенный канал

cтокзатворная


rвх=∞

S=ΔIc/Δзи

r=ΔUси/ΔIc





rк=1/s “+”высокое Rвх 1012…14 Ом, высокие допустимые напряжения

Применение:цифровая схемотехника, аналоговые ключи, входные-выходные каскады усилителей мощности, управляемые R.


Терристор

П/п прибор с 3-мя и более p-n переходами, применяется для переключения токов. Различают 2-х электродные – динистор и 3-х электродные – тринистор.

Динистор: структура и работа


p n p n



Если преложить «+» к аноду то П1-П3 смещаются прямо ->их R мало, П2 смещается обратно. По мере возрастания Uлк ширина П2 увеличивается ->и с Uак создается U пробоя ->динистор открывается. После пробоя П2 его R резко падает и внешнее Uак перераспределяется на П1и П3 ->резко возрастает напряжение, ->I тоже растет ->возникает «+» обратная связь. Чем больше открывается П2, тем больше отпирается П1 и П3,тем больше I.

Ток через динистор, когда он открыт, ограничивается внешними элементами

ВАХ


Если U на динисторе =0 тогда ток определяется отношением E/Rн

Применение: можно построить генератор.



Тринистор:

Одна из баз имеет внешний вывод- управляющий электрод.


Подавая ток через базу можно увеличивать ток через переход П3 и создовать условия для раннего отпирания тринистора -> I управл.может управлять моментом отпирания





Применяют: управляемые выпрямители, преобразователи частоты, инверторы

Пр.



Симисторы.




Элементы оптоэлектороники

Световой луч играет роль эл. сигнала =>

«+» - нет влияния электромагнитных помех

-полная эл. развязка

-широкий диапозон частот

-согласование цепей

«-» нельзя свет преобразовать в механическое движения

Основной элемент – оптрон -> пара с фотонной связью

ИС - источник света, ФП – фотоприемник.


Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: