- •Глава 1. Основные теории электрических цепей и сигналов.
- •§1. Основные понятия теории электрических цепей.
- •§ 2. Элементы электрических цепей и их уравнения. Классификация цепей по признаку линейности.
- •§ 3. Зависимые (управляемые) источники.
- •§ 4.Топологические параметры. Электрическая цепь и уравнение соединений.
- •Глава 2. Электрические цепи при гармоническом воздействии.
- •§1. Основные понятия линейных цепей. Среднее и действующее значение синусоидального тока.
- •§2. Гармонические колебания. Изображение синусоидальных токов векторами и комплексными числами.
- •§3. Комплексная форма уравнений элементов.
- •§3.1. Цепь переменного тока с резистором, активная мощность.
- •§3.2. Цепь переменного тока с индуктивностью, реактивная мощность.
- •§3.3. Цепь переменного тока с емкостью.
- •§3.4. Расчет цепи с реальной индуктивностью.
- •§3.5. Расчет активно-емкостной цепи, треугольники напряжений, сопротивлений; мощность.
- •§4. Колебательные контуры и их частотные характеристики.
- •§4.1. Последовательный колебательный контур.
- •§4.2. Резонанс напряжения.
- •§4.3. Свободные колебания в реальном lc - контуре.
- •§4.4. Уравнение резонансной кривой последовательного контура.
- •§4.5. Вынужденные колебания в параллельном колебательном контуре. Резонанс токов.
- •§4.6. Связанные контуры как полосовой фильтр.
- •Глава 5. Электронные приборы.
- •§1. Классификация электронных приборов.
- •В газоразрядных (или ионных) приборах движение электронов происходит в атмосфере инертных газов. Электрические процессы в них представляют собой разряд в газе.
- •§2. Полупроводниковые приборы.
- •§2.1. Собственная электропроводность.
- •§2.2. Примесные полупроводники.
- •§2.3. Электронно-дырочный переход.
- •§3. Полупроводниковые диоды, их свойства и назначение.
- •§3.1. Применение полупроводниковых диодов для выпрямления переменного тока.
- •§3.2. Полупроводниковые стабилитроны.
- •§3.3. Варикапы.
- •§3.4. Тиристор.
- •§3.5. Оптоэлектронные устройства.
- •§3.6. Фотодиоды.
- •§4. Полевые транзисторы.
- •§4.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом.
- •§4.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- •§4.3. Дифференциальные параметры полевых транзисторов.
- •§ 5. Биполярные транзисторы.
- •§ 5.1. Статические характеристики. Дифференциальные параметры транзистора.
- •§ 5.2. Определение н-параметров транзисторов по характеристикам.
- •Глава 6. Усилители.
- •§1. Основные показатели.
- •§2. Резисторный усилитель напряжения.
- •Из последней формулы следует, что для расширения полосы пропускания усилителя в сторону верхних частот необходимо уменьшать с0Rэ.
- •§3. Дифференциальный усилитель.
- •§4. Операционные усилители.
- •§5. Основные схемы включения операционных усилителей.
- •§6. Обратная связь в усилительных устройствах.
- •Коэффициент передачи усилителя с обратной связью:
- •§7. Диаграмма Найквиста
- •§8. Повышение стабильности усиления и расширение полосы
- •§9. Частотно-зависимая обратная связь
- •При малых относительных расстройках .
§2.2. Примесные полупроводники.
Если в полупроводнике имеются примеси других веществ, то дополнительно к собственной электропроводности появляется еще примесная электропроводность, которая в зависимости от рода примеси может быть электронной или дырочной.
Примеси, обуславливающие электронную проводимость полупроводника, называются донорными, а дырочную – акцепторными.
В качестве донорных примесей используются элементы 5 группы периодической системы: фосфор, мышьяк и сурьма; в качестве акцепторных примесей применяются элементы 3 группы: бор, галлий и индий.
При внесении в полупроводник примеси некоторые атомы его кристаллической решетки заменяются атомами примеси. При наличии донорной примеси, например, мышьяка As (рис. 4), четыре его валентных электрона участвуют в образовании ковалентных связей. Пятый валентный электрон взаимодействует только с примесным атомом, поэтому он легко может покинуть атом мышьяка и перемещаться под воздействием внешнего электрического поля. При наличии определенного числа атомов примеси в полупроводнике образуется значительное количество свободных электронов. Проводимость, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной проводимостью, а полупроводник с электронной проводимостью – полупроводником n-типа.
П
ри
внедрении в узел решетки атома
трехвалентной примеси, например, индия
In
(рис. 5), для создания ковалентной связи
одного электрона не хватает. Связь с
четвертым атомом оказывается незаполненной,
однако на нее сравнительно легко могут
переходить валентные электроны с
соседних связей, т. к. при этом энергия
ионизации мала. На освободившееся место
может перескочить в свою очередь другой
электрон от следующего соседнего атома
и т. д. Такое последовательное смещение
электронов удобно рассматривать как
движение ковалентной связи, называемой
дыркой и обладающей положительным
зарядом, нав
Рис. 5
На практике не удается получить полупроводники только с донорными или акцепторными примесями. Обычно в полупроводнике присутствуют свободные электроны и дырки.
Чтобы примесь существенно повлияла на характер проводимости полупроводника, концентрация примеси или должна быть на порядок или на несколько порядков больше собственной концентрации собственных носителей .
В полупроводнике n-типа число свободных электронов превышает число дырок, поэтому эти электроны называются основными носителями заряда, а дырки – неосновными. И наоборот, в полупроводнике p-типа дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными носителями заряда.
§2.3. Электронно-дырочный переход.
Э лектронно-дырочный переход или p-n-переход является основой большинства полупроводниковых приборов. Этот переход образуется при контакте двух однородных полупроводников с разным типом проводимости. Получение p-n-перехода механическим способом представляет значительные трудности, поэтому на практике его получают, как правило, усовершенствованным диффузным методом, используя планарную (planer – плоский) технологию. В этом методе p-n-переход получают введением примеси p-типа в исходный материал n-типа путем диффузии с поверхности при высокой температуре, при этом возможен точный контроль распределения примеси и геометрии перехода.
Пусть симметричный p-n-переход образован кристаллами Si (или Ge) p- и n-типа с плоскостью контакта Х=0 (рис. 6а). симметричность p-n-перехода означает, что концентрация доноров в полупроводнике n-типа и концентрация акцепторов в полупроводнике p-типа равны, = . При комнатной температуре все примесные атомы ионизированы, поэтому концентрация электронов в полупроводнике n-типа , а концентрация дырок в полупроводнике p-типа . Следовательно . На (рис. 6б) представлено распределение концентрации носителей в p-n-переходе.
Из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа диффундируют электроны, а в обратном направлении дырки, такой ток называется диффузионным . В результате диффузии носителей по обе стороны границы раздела полупроводников создаются объемные заряды различных знаков. Между образовавшимися объемными зарядами возникает контактная разность потенциалов и электрическое поле препятствует диффузии основных носителей. В p-n-переходе возникает потенциальный барьер, препятствующий диффузионному переходу носителей (рис. 6в). Высота барьера равна контактной разности потенциалов и составляет десятые доли вольта.
О дновременно с диффузионным перемещением основных носителей через границу происходит обратное перемещение неосновных носителей под действием контактной разности потенциалов, которое для них является ускоряющим. Это поле перемещает поле из n-области в p-области и электроны из p-области в n-область. Такое перемещение неосновных носителей под действием поля, представляет собой дрейф носителей ( ).
При динамическом равновесии перехода .
Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение , как показано на рис. 7,а, p-n-переход смещается в прямом направлении, внутренне поле перехода уменьшается. Потенциальный барьер также уменьшается и равен , соответственно уменьшается сопротивление p-n-перехода, что эквивалентно уменьшению ширины обедненной области (запирающего слоя).
В результате в цепи потечет ток, вызванный дополнительным диффузионным движением носителей зарядов, перемещение которых стало возможным в связи с уменьшением потенциального барьера. При толщина запирающего поля стремится к нулю и при дальнейшем увеличении , область, обедненная носителями заряда, исчезает вообще. В результате электроны и дырки, являющиеся основными носителями в n- и p-областях, начинают свободно диффундировать в области с противоположным типом электропроводности, при этом . Через p-n-переход течет ток, который называется прямым.