- •Электроника. Лекционный курс. Введение.
- •Классификация электронных приборов.
- •Этапы развития электроники.
- •Классификация веществ в зависимости от структурных особенностей твердых тел.
- •Межатомные связи. Их виды и характеристики.
- •Физические основы электронной техники. Элементы квантовой теории строения материи.
- •Классификация твердых тел по степени электропроводности. Картина энергетических зон в твердом теле.
- •Полупроводники и их свойства.
- •Основы статистики электронов и дырок в полупроводниках.
- •Законы движения носителей заряда в полупроводниках. Дрейфовый и диффузионные токи.
- •Явление дрейфа.
- •Явление диффузии.
- •Уравнение плотности полного тока в полупроводнике.
- •Электронно-дырочный переход (p-n переход).
- •Смещение p-n перехода в прямом направлении (прямое включение перехода).
- •Смещение p-n перехода в обратном направлении (обратное включение перехода).
- •Уравнение Шокли.
- •Вольт-амперная характеристика(вах)
- •Пробой p-n перехода
- •Вольт-амперная характеристика видов пробоя
- •Емкостные свойства p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •Рабочий режим диода.
- •Эквивалентные схемы диодов для различных режимов.
- •Температурные свойства диодов
- •Выпрямители. Схемы выпрямления.
- •Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
- •Импульсный режим работы диода
- •Стабилитроны
- •Параметрическом стабилизаторе.
- •Основные параметры стабилитронов
- •Варикапы
- •Основные параметры варикапов.
- •Туннельные диоды.
- •Схемы автогенераторов на туннельных диодах.
- •Обращенные диоды.
- •Контакт (переход) металл-полупроводник. Диоды Шоттки.
- •Металл-полупроводник n- типа.
- •Металл-полупроводник p-типа.
- •Металл-полупроводник n-типа.
- •Металл-полупроводник р-типа.
- •Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Явление вторичного пробоя и модуляция толщины базы (эффект Эрли).
- •Эквивалентная схема транзистора для режима постоянного тока
- •Схемы включения биполярных транзисторов.
- •Вольт-амперные характеристики (вах) биполярных транзисторов (статические характеристики). Схемы для снятия вах.
- •Математические модели биполярных транзисторов.
- •Модель транзистора для большого сигнала (модель Эберса-Молла).
- •Модели транзистора в режиме малого сигнала (динамический режим).
- •Температурные свойства транзисторов.
- •Частотные свойства транзисторов.
- •Работа транзистора с нагрузкой (динамический режим).
- •С оставной транзистор (схема Дарлингтона).
- •Эксплуатационные параметры транзистора.
- •Полевые транзисторы.
- •Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
- •С хемы включения транзисторов:
- •Полевые транзисторы с изолированным управляющим электродом (затвором).
- •Основные параметры полевых транзисторов.
- •Элементы памяти на основе моп-структур (Flesh-память).
- •Усилители электрических сигралов.
- •Классификация усилителей.
- •Основные технически показатели усилителей (параметры).
- •Входное и выходное сопротивления ( )
- •Выходная мощность.
- •Динамический диапазон амплитуд.
- •Характеристики усилителей.
- •Искажения в усилителях.
- •Схемотехника усилительных каскадов. Межкаскадные связи в усилителях.
- •Обобщенная структурная схема усилителя.
- •Графическая интерпретация процесса усиления сигнала транзисторной схемой с общим эмиттером.
- •Коллекторная стабилизация.
- •Эмиттерная стабилизация.
- •Полная эквивалентная схема унч с емкостной межкаскадной связью на основе биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- •Выходные каскады усилителей.
- •Построение проходной динамической характеристики.
- •Ключевой режим биполярного транзистора. Условия обеспечения статических состояний.
- •Динамика переключения ключей на биполярных транзисторах.
- •Цифровые ключи. Общие требования.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре биполярных транзисторов.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре полевых транзисторов (к-моп).
- •Усилители постоянного тока (упт). Дрейф нуля.
- •Параллельно-баласный каскад упт.
- •Дифференциальный усилитель (ду).
- •Операционные усилители (оу).
- •Структурная схема оу.
- •Основные параметры оу.
- •Виды и структура обратных связей в усилителе.
- •Генераторы электрических колебаний.
- •Релаксационные генераторы (генераторы импульсов).
- •Автогенераторы на оу с мостом Вина.
- •Автогенератор на оу с использованием моста Вина.
- •Генераторы релаксационных колебаний.
- •Блокинг-генераторы (бг).
- •Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Автоколебательный режим.
- •Электроника. Список литературы по курсу «Электроника»
Варикапы
В арикапами (или варикондами) называют полупроводниковые диоды, у которых используется зависимость барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжении.
У ГО
Основная (вольтфарадная характеристика)
Эквивалентная схема
варикапа
Варикап в электрических схемах используется как конденсатор с управляемой напряжением ёмкостью
где – СВ – ёмкость варикапа при Uобр=0;
Uк – контактная разность потенциалов;
Uобр – величина обратного напряжения;
n=2 – для резких переходов;
n=3 – для плавных переходов.
В отличие от обычных диодов варикапы имеют гарантированный и увеличенный диапазон изменения ёмкости, а также малые объемные сопротивления p- и n- областей и увеличенное сопротивление p-n перехода.
Основные параметры варикапов.
1. |
Cном |
– номинальная (общая) ёмкость – ёмкость между выводами при номинальном (заданном) напряжении смещения (обычно Uсм=4В) (от десятков до сотен пФ); |
2. |
Cmax |
– максимальная ёмкость при заданном напряжении смещения; |
3. |
Cmin |
– минимальная ёмкость при заданном напряжении смещения; |
4. |
Kc |
– коэффициент перекрытия по ёмкости ; |
5. |
rп |
– сопротивление потерь – суммарное активное сопротивление; |
6. |
QB |
– добротность – отношение реактивного сопротивления на заданной частоте переменного сигнала(Xc) к сопротивлению потерь: (десятки – сотни единиц); |
7. |
Umax |
– максимальное допустимое мгновенное напряжение, обеспечивающее заданную надёжность; |
8. |
TKE |
– температурный коэффициент ёмкости (2*10-2 ÷ 6*10-4 1/К). |
Основное применение варикапов – электронная настройка колебательных контуров.
Ср – разделительный конденсатор. Исключает шунтирование Сд по постоянному току.
R1 – большой номинал, исключающий уменьшение добротности.
Существенный недостаток – напряжение ВЧ влияет на варикап, изменяя его ёмкость, что ведет к расстройке контура.
Здесь уменьшена расстройка контура
Туннельные диоды.
УГО –
Туннельный диод – это полупроводниковый прибор, в котором используется туннельный механизм переноса носителей заряда через р-n переход при прямом напряжении на нём и в ВАХ которого имеется область отрицательного дифференциального сопротивления.
Явление туннельного эффекта в полупроводниках было открыто в 1958г. Японским ученым Лео Есаки.
Туннельный эффект заключается в том, что электроны проходят через потенциальный барьер p-n перехода, не изменяя своей энергии.
Для получения туннельного эффекта используется полупроводниковый материал (Gе, GaAs) с очень большой концентрацией примесей (до 1021 примесных атомов в 1см3), в то время, как для обычных полупроводников 1015/см3. Полупроводники с таким высоким содержанием примесей называются вырожденными. При этом ширина p-n перехода оказывается очень малой (не более 0,01мкм), что приводит к значительному повышению напряженности электрического поля на переходе (около 108В/м). В этих условиях имеется конечная вероятность того, что электрон, который движется к очень узкому переходу, пройдет сквозь него (как через «туннель») и займет свободное состояние с такой же энергией по другую сторону от барьерного слоя.
Как известно, в вырожденных полупроводниках уровни Ферми расположены внутри зоны проводимости полупроводников n-типа и внутри валентной зоны для полупроводников p-типа.
При , уровни Ферми совпадают, т.к. величина энергии на уровни Ферми должна быть одинаковой по всей структуре (а).
Внутри p-n перехода границы энергетических зон полупроводников p- и n-типов искривляются.
Между границей Wв полупроводника p-типа и границей Wп полупроводника n-типа образуется зона перекрытия. В этой зоне разрешенные уровни в разных полупроводниках расположены друг против друга. При этом возникают условия для туннельного перехода электронов из одного слоя в другой сквозь потенциальный барьер. Однако, для этого необходимо, чтобы против уровня в n-области, занятого электроном, имелся свободный уровень в p-области (за барьером). При (рис.а) такой возможности фактически нет (ниже уровня все уровни заняты), в результате ток через переход равен нулю.
Если к переходу приложить небольшое прямое напряжение (рис.б), энергетическая диаграмма полупроводников n-типа поднимется вверх, а p-типа – опустится вниз. В этом случае уровни некоторых электронов n-области расположатся против свободных уровней валентной зоны p-области, и возникнут условия для туннельного перехода электронов из электронного полупроводника в дырочный.
Через p-n переход потечет туннельный ток, величина которого будет зависеть от величины . Следует иметь ввиду, что при кроме туннельного тока течет и диффузионный ток, хотя он и очень мал, следовательно полный прямой ток через переход будет:
ВАХ p-n перехода с туннельным эффектом:
Основной особенность ВАХ туннельного перехода является наличие падающего участка характеристики (участок АВ). Эта особенность объясняется следующим образом: увеличение прямого напряжения, с одной стороны, увеличивает туннельный ток (участок ОА), а с другой, - уменьшает напряженность поля в p-n переходе. При , когда напряженность поля в переходе резко снижается, туннельный ток прекращается. При (рис.в) ВАХ соответствует уменьшению туннельного тока, при ВАХ соответствует в основном диффузионному току через p-n переход (туннельный ток становится равным нулю).
При подаче на p-n переход обратного напряжения ( , рис.г) энергетическая диаграмма полупроводника n-типа опускается вниз, а p-типа – поднимается вверх. Ширина зоны перекрытия увеличивается, что приводит к росту обратного туннельного тока, поскольку возникают условия для свободного туннельного перехода валентных электронов p-обрасти в зону проводимости n-области. Iобр. зависит от Uобр., поэтому односторонняя проводимость p-n перехода при туннельном эффекте полностью отсутствует.
На участке АВ ВАХ p-n переход оказывает переменному току некоторое отрицательное сопротивление (дифференциальное) –
Отрицательное дифференциальное сопротивление служит удобным математическим символом, а не реальной физической величиной.
Уменьшение тока с ростом напряжения эквивалентно сдвигу фазы на 180˚. Поэтому мощность переменного сигнала, равная произведению тока на напряжение, на участке АВ будет иметь отрицательный знак. Это показывает, что туннельный диод на участке АВ не потребляет мощности переменного сигнала, а отдает её во внешнюю цепь.
С помощью отрицательного сопротивления можно скомпенсировать потери, вносимые в схему положительным сопротивлением и, т.о., в зависимости от поставленной задачи осуществить усиление, преобразование и генерирование незатухающих электрических сигналов.
Основные параметры туннельных диодов.
1. |
Imax |
–пиковый ток – прямой максимальный ток на ВАХ; |
2. |
Imin |
–ток впадины – прямой ток в точке минимума ВАХ; |
3. |
U1 |
–напряжение пика – прямое напряжение, соответствующее пиковому току; |
4. |
U2 |
– напряжение впадины – прямое напряжение, соответствующее току впадины; |
5. |
U3 |
– напряжение на второй восходящей ветви ВАХ при токе, равном пиковому(напряжение раствора); |
6. |
Сд |
– емкость диода – суммарная ёмкость перехода и корпуса диода при заданном напряжении смещения; |
7. |
ΔU= U3- U1 |
– напряжение скачка (напряжение переключения). |