- •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»
Смещение p-n перехода в прямом направлении (прямое включение перехода).
=
Если к p-n переходу подключить внешнее напряжение Eвн, полярность которого противоположна полярности контактной разности Uк потенциалов, то такое включение называется прямым (n-область подключается к отрицательному полюсу Евн, а p-область - к положительному полюсу Евн). При таком включении в p-n переходе появляется дополнительное внешнее электрическое поле, уменьшающее его внутреннее поле. Суммарное поле Еε, действующее в переходе, будет определяться:
=
Под действием внешнего поля основные носители заряда будут двигаться к p-n переходу, уменьшая потенциальный барьер и ширину p-n перехода, которая будет определяться:
Появится приращение диффузионного тока, которое стало возможным благодаря увеличению энергии основных носителей заряда и уменьшению потенциального барьера. Это приведет к нарушению равновесию между диффузионными и дрейфовыми токами. С увеличением |Eвн| будет расти диффузионный ток.
При |Uк|=|Евн| толщина перехода стремится к нулю, т.к. внешнее напряжение почти полностью компенсирует Uк. При этом основные носители заряда начнут свободно диффундировать в области с противоположным типом электропроводности. Через переход потечет ток, который называется прямым:
, поскольку ,
То .
Процесс введения («нагнетания») носителей заряда через p-n переход в области, где они становятся неосновными носителями за счет уменьшения потенциального барьера, называется инжекцией.
В симметричных p-n переходах имеет место двухсторонняя инжекция. (Nn=Pp)
В несимметричных p-n переходах (Nd >> Na, Nn >> Pp; или Nd << Na, Pp >> Nn) концентрации основных носителей различаются на несколько порядков ( - ), поэтому концентрация инжектированных неосновных носителей будет гораздо выше в высокоомном слое, чем в низкоомном.
Инжектирующий слой с относительно малым удельным сопротивлением называется эмиттером; слой, в который инжектируются неосновные для него носители, называется базой. При прямом включении перехода электроны, перешедшие из n-области в p-область, перемещаются внутри этой области по причинам диффузии и дрейфа. Часть электронов при этом движении рекомбинирует с дырками p-области, а оставшаяся часть, захваченная полем внешнего источника, попадает на его положительный полюс, замыкая цепь.
Дырки, перешедшие из p-области в n-область, полностью рекомбинируют в n-области. Прямой ток Iпр через переход ограничивается омическим сопротивлением p- и n-областей и внутренним сопротивлением Евн, в результате чего Iпр может достичь значений, превышающих допустимые, что разрушит p-n переход. Для исключения этого, Iпр должен ограничиваться элементами, например, резисторами, включаемыми последовательно в цепь p-n перехода. Рассмотрим энергетические зонные диаграммы p-n перехода, находящегося в равновесном состоянии и смещенном в прямом направлении.
Диаграмма без смещения p-n перехода.
– квазипотенциал Ферми;
`n и `p – квазиуровни Ферми для неравновесного состояния.
Энергетическая диаграмма p-n перехода при прямом смещении.
В отсутствии термодинамического равновесия принято вводить две новые величины `n и `p, которые заменяют n и p. `n и `p – называют квазиуровнями Ферми электронов и дырок соответственно.
; - квазипотенциалы Ферми электронов и дырок.
Подача внешнего напряжения на p-n переход (прямого) приводит к смещению квазиуровней Ферми относительного равновесного положения. Если Евн>0, то эта величина вычитается из Uк и ширина обедненной области уменьшается.
При прямом напряжении на переходе ток диффузии основных носителей заряда I0=Iдиф увеличивается в exp(Евн/φТ) раз за счет снижения потенциального барьера и является функцией приложенного напряжения: , где – ток, протекающий через p-n переход в равновесном состоянии в прямом направлении.
Дрейфовая составляющая тока при приложении внешнего прямого напряжения остается практически без изменений Iдр=const. Но поскольку в равновесном состоянии |Iдиф| = |Iдр| , то Iдр = -I0 . Знак минус указывает на то, что этот ток течет навстречу диффузионному току.
Но поскольку Iпр есть разность между Iдиф и Iдр, то
Ток I0 называется тепловым током или обратным током насыщения. Его значения для определенного полупроводника (с заданной концентрацией) зависят только от температуры и не зависят от приложенного напряжения.