- •Тема 1 – Основы физики полупроводниковых диодов
- •§1.1 Электрофизические свойства полупроводников
- •§1.2 Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
- •§1.3 Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии
- •§1.4 Вах /вольт амперная характеристика/ p-n-перехода
- •§1.5 Ёмкость p-n-перехода
- •§1.6 Контакты металла с полупроводником
- •Тема 2 – Полупроводниковые приборы
- •§2.1 Полупроводниковые диоды
- •§2.2 Биполярные транзисторы: устройство и принцип действия
- •§2.3 Транзистор, как усилитель напряжения и мощности
- •§2.4 Эффект модуляции толщины базы
- •§2.5 Схемы включения и режимы работы транзисторов
- •§2.6 Статические характеристики биполярного транзистора
- •§2.7 Полевые транзисторы с управляющим входом
- •§2.8 Основные характеристики полевого транзистора
- •§2.9 Полевые транзисторы мдп-структуры
- •§2.10 Тиристоры
- •Тема 3 – Основы микроэлектроники
- •§3.1 Основные понятия микроэлектроники
- •§3.2 Изоляция элементов в монолитных имс
- •Технология «кремний на сапфире»
- •§3.3 Элементы интегральных схем
- •Тема 4 – Усилительные устройства
- •§4.1 Основные характеристики и параметры усилителей
- •§4.2 Нелинейные искажения в усилителях
- •§4.3 Обратная связь в усилителях: классификация
- •§4.4 Влияние обратной связи на параметры усилителя
- •§4.5 Усилители на биполярных транзисторах. Выбор режима работы
- •§4.5 Стабилизация режима работы каскадов на биполярных транзисторах
- •§4.6 Дифференциальные каскады /дк/
- •§4.7 Источники тока
- •§4.8 Операционные усилители: характеристики и параметры
- •§4.9 Линейные схемы на операционных усилителях
§1.6 Контакты металла с полупроводником
Физические явления в контакте металла с полупроводником определяются соотношением работ выхода электрона из металла и проводника. Если металл привести в соприкосновение с полупроводником, то электрон будет переходить из материала с меньшей работой выхода к материалу с большей работой выхода, что приведёт к возникновению контактной разности потенциалов.
(2) и (3) подчиняются законам Ома /омические контакты – такие контакты находят применение в полупроводниках для подведения металлических выводов к области полупроводника/. ВАХ (1) и (4) нелинейна и описываются уравнением Шокли. Переход (1)-(4) – переход Шотки. (1), (4) ведут себя подобно p-n-переходу. В переходе Шотки отсутствует диффузионная ёмкость. Переход Шотки будет более быстродействующим по сравнению с p-n-переходом.
Отличие ВАХ Шотки от p-n:
Обратный ток перехода Шотки больше, чем у p-n-перехода
Прямое падение напряжения на переходе Шотки на 0,2-0,4 В меньше
ВАХ перехода Шотки подчиняется уравнению Шокли в очень широком диапазоне /с очень высокой точностью/ токов: 1мА – 10мА
Тема 2 – Полупроводниковые приборы
§2.1 Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов и 2 вывода для подключения к внешней цепи. В зависимости от функционального назначения различают:
Выпрямительные диоды
Лавинные диоды
Выпрямительные столбы
Выпрямительные блоки и сборки
Универсальные и импульсные диоды
Диоды с накоплением заряда
Диодные матрицы и сборки
Стабилитроны
Стабисторы
Ограничители напряжения
Генераторы шума
Варикапы
Варакторы
Туннельные диоды
Обращённые диоды
СВЧ-диоды
Светоизлучающие диоды
Излучающие диоды инфракрасного диапазона
Фотодиоды
И другие
[1] Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в однополярный.
Принцип работы выпрямительных диодов основан на использовании односторонней проводимости /вентильных свойств/ электрического перехода для преобразования переменного тока в однополярный пульсирующий.
Статические и динамические параметры, параметры электрического и эксплуатационного режимов.
К основным статическим параметрам относятся:
прямое падение напряжения при заданном прямом токе
постоянный обратный ток при заданном обратном напряжении
К основным динамическим параметрам относятся:
- среднее за период значение выпрямленного тока
- среднее значение прямого падения напряжения при заданном среднем значении прямого тока
- среднее значение обратного тока при заданном значении обратного напряжения
- среднее за период значение обратного напряжения
- граничная частота, на которой выпрямительный ток диода уменьшается до установленного уровня
К параметрам электрического режима относятся:
- дифференциальное сопротивление диода
- ёмкость диода, включающая ёмкости электрического перехода и корпуса, если последний существует
Под предельно допустимыми эксплуатационными режимами работы диодов подразумеваются такие режимы, которые обеспечивают с заданной надёжностью работу приборов в течение оговоренного техническими условиями срока службы.
К параметрам эксплуатационных режимов относятся:
- максимальное значение выпрямленного тока
- максимальное значение допустимого обратного напряжения
- максимальная допустимая мощность
- минимальная температура окружающей среды для работы диода
- максимальная температура окружающей среды для работы диода
Выпрямительные диоды делятся на:
Силовые /низкочастотные/ /для использования в выпрямителях =50кГц/
Диоды малой мощности : < 300мА
Диоды средней мощности: 300мА < < 10А
Диоды большой мощности: 10А <
Маломощные /высокочастотные/ /для применения в разного рода детекторах=10100МГц/
Такой выпрямитель называется однополупериодным. Конденсатор может выполнять функцию сглаживания.
Выпрямитель, пропускающий 2 периода, называется двуполупериодным выпрямителем.
При одинаковой C пульсация будет меньше, чем в однополупериодном.
Выпрямительные диоды широко применяют в источниках питания, ограничителях выбросов напряжений. Наибольшее использование нашли кремниевые, германиевые диоды, диоды с барьером Шотки, а в аппаратуре специального назначения и измерительной аппаратуре, работающей в условиях высокой температуры окружающей среды,- селеновые и титановые выпрямители.
[2] Лавинные диоды – это разновидность выпрямительных диодов /нормируется напряжение лавинного пробоя/. Может использоваться в цепях защиты от перенапряжения.
[3] Выпрямительные столбы – это совокупность выпрямительных диодов, включённых последовательно и собранных в единую конструкцию с двумя выводами, используется в высоковольтных выпрямителях.
[4] Выпрямительные блоки и сборки – содержат несколько диодов, электрически независимых или соединённых в виде однофазного или трёхфазного моста. Позволяют упростить монтаж и уменьшить габариты аппаратуры.
[5] Универсальные и импульсные диоды отличаются от выпрямительных диодов более высоким быстродействием и большими значениями импульсных токов, имеют другую систему параметров.
[6] Диоды с накоплением заряда /ДНЗ/ – разновидность импульсных диодов, малое время обратного восстановления. Это достигается неравномерным легированием базы.
[7] Диодные матрицы и сборки – представляют собой интегрированные в одном корпусе или кристалле универсальные и импульсные диоды /диоды соединяются в виде микросхем/. Могут быть соединены между собой или изолированы.
[8] Стабилитрон - полупроводниковый прибор, в котором для стабилизации напряжения используется слабая зависимость напряжения лавинного /или туннельного/ пробоя от обратного тока через переход.
Параметры стабилитрона:
Напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации
Дифференциальное сопротивление стабилитрона при заданном токе стабилизации
Температурный коэффициент напряжения стабилизации При напряжении 6,3В , при большом напряжении преобладает лавинный пробой //, при меньших напряжениях – туннельный пробой //.
Для уменьшения температурного коэффициента стабилизации разработаны прецизионные стабилитроны.
В них включены один или несколько прямосмещённых p-n-переходов. Количество диодов зависит от напряжения стабилизации /В/.
Импульсный стабилитрон от обычных стабилитронов отличается повышенным быстродействием и применяется для стабилизации амплитуды импульсов.
Двухсторонний стабилитрон – два импульсных стабилитрона, включённых встречно. Стабилитроны обычно одинаковы, что приводит к симметричной ВАХ. Используются в двухсторонних ограничителях импульсов.
[9] Стабистор – один или несколько последовательно включённых диодов, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ.
КС107, КС113, КС119, D220С – Стабисторы
D-220 – Импульсные диоды
[10] Ограничитель напряжения – полупроводниковый диод, работающий в режиме туннельного или лавинного пробоя, предназначен для защиты электрических цепей от перенапряжения. От обычных стабилитронов отличается высоким быстродействием и большими допускаемыми импульсными токами. Используется в промышленной электронике. В, быстродействие измеряется пикосекундами.
[11] Генератор шума– это стабилитрон, работающий на грани пробоя. Напряжение пробоя стабилитрона в этом режиме нестабильно кроме постоянного напряжения генерируется шумовое напряжение. Спектр шума равномерен до частоты 3,5 МГц.
[12] Варикап – нелинейный конденсатор на основе p-n-переходов, барьерная ёмкость которого перестраивается с изменением напряжения на нём.
Коэффициент перекрытия по ёмкости:
,
[13] Варактор – варикап, используемый в умножителях частоты /силовой варикап/. Используется в радиопередатчиках, там где стоит задача генерировать сигналы большой мощности.
[14] Туннельный диод – полупроводниковый прибор на основе p-n-перехода, образованного вырожденными полупроводниками. В этих диодах туннельный эффект проявляется уже при небольших положительных напряжениях на p-n-переходах.
Туннельный диод – СВЧ прибор, который работает в сантиметровом диапазоне волн /см/. Туннельные диоды относятся к негатронам /имеют участок с отрицательным сопротивлением/n-типа.
[15] Обращённый диод отличается от туннельных диодов меньшей концентрацией примесей в p- и n-областях. Туннельный эффект проявляется только при обратном напряжении.
Отсутствует диффузионная ёмкость.
Работают до частоты 50ГГц.
Используется при построении смесителей.
[16] СВЧ-диоды предназначены для работы в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. В зависимости от выполняемой функции делятся на:
Смесительные
Детекторные
Параметрические
Ограничительные, переключателиные
Умножительные и настроечные
Генераторные:
Лавинно-пролётные диоды /ЛПД/
Диоды Ганна
Предназначены для встраивания в волноводы.
[17] Светоизлучающие диоды и Излучающие диоды инфракрасного диапазона предназначены для преобразования элементарной энергии в энергию некогерентного излучения в соответствующем диапазоне волн. Излучение возникает при рекомбинации неосновных носителей в базе прямосмещённого p-n-перехода с шириной запрещённой зоны > 1,8эВ.
[18] Фотодиод предназначен для преобразования энергии световой или инфракрасного излучения в электрическую энергию. Используется в различных датчиках и оптронах.