От изменения теплового тока: чем меньше тепловой ток, тем больше прямое напряжение
Частотные и импульсные свойства p-n-перехода
Переход металл-полупроводник
Параметры выпрямителей с любым характером нагрузки
Г-образный индуктивно-емкостный LC-фильтр
БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Физическая и математическая модели транзистора
Система h-параметров (смешанные или гибридные параметры)
Рекомендации по выбору транзисторов при использовании
Усилители напряжения звуковых и средних частот
Расчет элементов смещения и температурной стабилизации
Определение протяженности рабочего участка
Параметры усиления
УНИПОЛЯРНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ
Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов
Стоковые характеристики и параметры МОП-транзисторов
Инженерные модели полевых транзисторов
Схемы включения полевых транзисторов в рабочем режиме
Параметры транзисторного ключа
Навигация
Введение
Умение решать сложные научно-технические задачи - основная функция современного инженера электронной техники.
Научиться решать такие задачи - главная цель учебного процесса.
Для достижения успеха путь к сложным задачам должен начинаться с простого. Именно поэтому в учебно-методический комплект по каждому предмету должно входить пособие по решению задач. Решение задач способствует более глубокому усвоению лекционного материала, прививает навыки инженерного подхода к решению технических задач. Практические расчеты должны развивать у студентов четкое понимание пределов применимости тех или иных формул.
Задачи в основном составлены таким образом, что помимо знаний параметров и характеристик прибора требуется понимание физической сущности процессов, происходящих в них.
Данная работа ориентирована в основном на студентов заочного и вечернего факультетов специальности 2201, 2206, поэтому каждый новый раздел сопровождается довольно подробным теоретическим материалом. Часть задач в сборнике дана с подробным анализом и решением, рекомендациями к решению, с теоретическим обобщением. Учебное пособие может быть использовано студентами дневной формы обучения и не только по специальностям 2201, 2206, но и смежных с ними, связанных с проектированием радиоэлектронной аппаратуры.
Основные разделы из курса «Электроника» проработаны достаточно подробно теоретически и практически - с помощью задач и примеров, но автор работы не ставил целью заменить данным пособием весь материал, который положено студенту изучать по программе названной дисциплины. Более подробное и детальное изучение курса «Электроника» рекомендуется по литературе, на которую ссылается автор в конце пособия.
1. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКЕ1.1. Общие сведения
Полупроводниками называют обширную группу материалов, которые по своему удельному электрическому сопротивлению занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Обычно к полупроводникам относят материалы с удельным сопротивлением r = 103 - 109 Ом×см, к проводникам (металлам) - материалы с r < 104 Ом×см, а к диэлектрикам - материалы с r >1010 Ом×см.
Электропроводность чистого полупроводника называется собственной электропроводностью. Характер электропроводности существенно меняется при добавлении примеси. В полупроводниковых приборах используются только примесные полупроводники, количество примеси строго дозируется - примерно один атом примеси на 107 - 108 атомов основного материала.
В основе работы большинства полупроводниковых приборов и активных элементов интегральных микросхем лежит использование свойств p-n-переходов. В зависимости от функционального назначения прибора
различают:
Электрический переход в полупроводнике - это граничный слой между двумя областями, выполненными из полупроводникового материала, имеющего различные физические характеристики.
Электронно-дырочный переход - это граничный слой, обедненный носителями и расположенный между двумя областями полупроводника с различными типами проводимости.
Гетеропереходы - это переходы между двумя полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны.
Переход металл-полупроводник - одна из областей является металлом, а другая - полупроводником. Контакты металл-полупроводник, в зависимости от назначения, изготовляются выпрямляющими и невыпрямляющими.
1.2. Электронно-дырочный p-n-переход
Такие переходы могут быть cимметричными и несимметричными. В
практике больше распространены несимметричные p-n-переходы, поэтому в дальнейшем теория будет ориентирована на них.
При симметричных переходах области полупроводника имеют одинаковую концентрацию примеси, а в несимметричных - разную (концентрации примесей различаются на несколько порядков - в тысячи и десятки тысяч раз).
Границы переходов могут быть плавными или резкими, причем при плавных переходах технологически трудно обеспечить качественные вентильные свойства, которые необходимы для нормальной работы диодов и транзисторов, поэтому резкость границы играет существенную роль; в резком переходе концентрации примесей на границе раздела областей изменяются на расстоянии, соизмеримом с диффузионной длиной L.
Для электронно-дырочного p-n-перехода характерны три состояния:
равновесное;
прямосмещенное (проводящее);
обратносмещенное(непроводящее).
Равновесное состояние p-n-перехода рассматривается при отсутствии напряжения на внешних зажимах. При этом на границе двух областей действует потенциальный барьер, препятствующий равномерному распределению носителей по всему объему полупроводника. Преодолеть этот барьер в состоянии лишь те основные носители, у которых достаточно энергии и они образуют через переход диффузионный ток Iдиф. Кроме того, в каждой области имеют место неосновные носители, для которых поле p-n-перехода будет ускоряющим, эти носители образуют через переход дрейфовый ток Iдр , который чаще называют тепловым или током насыщения I0. Суммарный ток через равновесный p-n-переход будет равен нулю:
Свободное движение носителей через электронно-дырочный переход возможно при снижении потенциального барьера p-n-перехода. Переход носителей из одной области в другую под действием внешнего напряжения называется инжекцией. Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттером. Область, в которую инжектируются носители, называется базой. Область эмиттера легируется примесными атомами значительно сильнее, чем база. За счет разной концентрации примесных атомов в несимметричных переходах имеет место односторонняя инжекция: поток носителей из области с низкой концентрацией примесных атомов (из базы) очень слабый и им можно пренебречь.
При прямой полярности внешнего источника равновесное состояние перехода нарушается, так как поле этого источника, накладываясь на поле p-n-перехода, ослабляет его, запрещенная зона перехода уменьшается, потенциальный барьер снижается, сопротивление перехода резко уменьшается, диффузионная составляющая тока при этом возрастает в «еu/jt » раз и является функцией приложенного напряжения
где j t = kT/e - температурный потенциал (при комнатной температуре j t = = 0,025В);
k - постоянная Больцмана;
T - температура;
е - заряд электрона.
Составляющая тока Iо в идеализированном переходе при воздействии прямого внешнего напряжения остается практически без изменения. Следовательно, прямой результирующий ток через идеальный p-n-переход
и окончательно
(1.1)
Уравнение (1.1) идеального p-n-перехода определяет основные вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов.
При построении ВАХ перехода по (1.1) видно, что при напряжениях, больших нуля, характеристика идет настолько круто, что получить нужный ток, задавая напряжение, невозможно, поэтому для идеального p-n-перехода характерен режим заданного прямого тока, а не напряжения
(1.2)
Если иметь в виду реальную ВАХ перехода, то учету подлежит омическое падение напряжения в слое базы, то есть внешнее напряжение распределяется между p-n-переходом и слоем базы (сопротивление базы rб при малой площади перехода может составлять десятки Ом), поэтому уравнение (1.1), описывающее статическую ВАХ (рис. 1.1) реального перехода, будет выглядеть следующим образом:
(1.3)
Величина прямого напряжения может зависеть от многих факторов:
1. От изменения прямого тока. Если диапазон изменения прямых токов составляет до двух порядков и более, то прямое напряжение при этом будет меняться существенно, но на практике диапазон изменения прямого тока гораздо уже, поэтому Uпр меняется незначительно, и в пределах такого диапазона его можно считать постоянным и рассматривать как параметр открытого кремниевого перехода - U* (в нормальном режиме U* = 0,7 В, а в микрорежиме U* = 0,5 В).
Нормальный токовый режим: Iо= 10-15 А; Iпр= 10-3-10 - 4 А (при таком диапазоне изменения прямых токов напряжение Uпризменяется от 0,69 В до 0,64 В).
Микрорежим: Iо=10-15 А; Iпр= 10-5-10-6 А (при таком диапазоне изменения прямых токов Uпр изменяется от 0,57 В до 0,52 В).
Похожие работы
кую и дидактическую функции с учетом ситуации в российской социологии. Направления фундаментального уровня различаются и систематизируются в концепции преподавания социологической теории на основе их существенной связи с различными решениями важнейших философских, теоретико-познавательных и мировоззренческих проблем, сформулированных в истории европейской социальной мысли относительно природы ...
... смешанными стратегиями игроков 1 и 2 называются такие наборы хо, уо соответственно, которые удовлетворяют равенству Е (А, х, y) = Е (А, х, y) = Е (А, хо, уо). Величина Е (А, хо ,уо) называется при этом ценой игры и обозначается через u. Имеется и другое определение оптимальных смешанных стратегий: хо, уо называются оптимальными смешанными стратегиями соответственно игроков 1 и 2, если они ...
... Доказать: По определению второй смешанной производной. Найдем по двумерной плотности одномерные плотности случайных величин X и Y. Т.к. полученное равенство верно для всех х, то подинтегральные выражение аналогично В математической теории вероятности вводится как базовая формула (1) ибо предлагается, что плотность вероятности как аналитическая функция может не существовать. Но т.к. в нашем ...
... была построена теория вложения функциональных пространств, которые в настоящее время носят название пространств Соболева. А.Н. Тихоновым была построена теория некорректных задач. Выдающийся вклад в современную теорию дифференциальных уравнений внесли российские математики Н.Н. Боголюбов, А.Н. Колмогоров, И.Г. Петровский, Л.С. Понтрягин, С.Л. Соболев, А.Н. Тихонов и другие. Влияние на развитие ...
0 комментариев