п/п приборы

п/п -материал ,удельная проводимость которого сильно зависит от внешних факторов –кол-ва примесей, температуры, внешнего эл.поля, излучения, свет, деформация

Достоинства: выс. надежность, большой срок службы, экономичность, дешевизна.

Недостатки: зависимость от температуры, чувствительность к ионизирован излучению.

Основы зонной теории проводимости

Согласно квантовой теории строения вещества энергия электрона может принимать только дискретные значения энергии. Он движется строго по опред орбите вокруг ядра.

Не в возбужденном состоянии при Т=0К , электроны движутся по ближаишей к ядру орбите. В твердом теле атомы ближе друг к другу электронное облако перекрывается смещение энергетических уровней образуются целые зоны уровней.

Е

Разрешенная

Запрещенная зона

d

1)Разрешенная зона кт при Т=0К заполненная электронами наз – заполненной.

2)верхняя заполненная зона наз – валентной.

3)разрешенная зона при Т=0К где нет электронов наз – свободной.

4)свободная зона где могут находиться возмущенные электроны наз зоной эквивалентности.

Проводимость зависит от ширины запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости.

Е=Епр-Ев

Ширина запрещенной зоны в пределах 0,1~3,0 эВ (электрон вольт) характерна для п/п

Наибольшее распространение имеют П/П

Кремний, Германий, Селен и др.

Рассмотрим кристалл «Ge»

П ри Т=0К

При Т>0К электроны (заряд -q)отрываются образуют свободные заряды  на его месте образуется дырка (заряд +q) это называется процессом термогенерации

Обратный процесс наз – рекомбинацией

n – электронная проводимость

p – дырочная проводимость

 - время жизни носителя заряда (е).

Вывод: таким образом nроводимость в чистом П/П обоснована свободными электронами или дырками.

=n+p=qnn+qpp

где: -концентрация

-подвижность =/Е

Собственная проводимость сильно зависит от t

П/П приборы на основе собственной проводимости.

Зависимость собственной проводимости от внешних факторов широко исполь-ся в целом ряде полезных П/П приборов.

1)Терморезисторы (R зависит от t )

Т емпературный коэффициент:

ТКС>0 у П/П

ТКС<0 у проводников

Применяют в устройствах авт-ки в качестве измерительного преобразователя t (датчики)

2)Варисторы (R зависит от внешнего эл. Поля)

ВАХ I=f(u)

Прим-ют для защиты

терристоров от

перенапряжения

3)Фотосопротивление – R зависит от светового потока

применяют в сигнализации, фотоаппаратуре

4)Тензорезисторы – R зависит от механич деформаций

п рименяют для измерения деформаций различных конструкций (датчики давления – сильфоны)

Примесная проводимость п/п.

Это проводимость обусловленна примесями:

-внедрения

-замещения

Роль примесей могут играть нарушения кристалической решетки.

-Если внедрить в кристал Ge элемент I группы сурьму Sb, тогда один из 5 валентных электронов Sb окажется свободным, тогда образуется эл. проводимость, а примесь называется донорной.

-Если внедрить элемент III группы индий I тогда 1 ковалентная связь останется останется свободной =>

Образуется легко перемещаемая дырка (дырочная проводимость), примесь называют акцепторной.

Основным носителем заряда наз. Те кт в п/п >

П/п с дырочной проводимостью наз. п/п –p типа, а с электоронной проводимостью – n типа.

Движения носителей заряда т.е. ток обуславливается 2 причинами: 1) внешнее поле – ток наз. дрейфовым. 2)разнасть концентраций – ток наз. диффузионным.

В п/п имеется 4 составляющие тока:

i=(i_n)_Д+(i_p)_Д+(i_n)_Е+(i_p)_E

Д-диффузионный Е-дрейфовый

Электрические переходы.

Называют граничный слой между 2-ми областями тела физические св-ва кт. различны.

Различают: p-n, p-p⁺, n-n⁺, м-п/п, q-м, q-п/п переходы прим. В п/п приборах (м-метал прим. в термопарах)

Электронно-дырочный p-n переход.

Работа всех диодов, биполярных транзисторов основана на p-n переходе

Рассмотрим слой 2^х Ge с различными типами проводимости.

р

n

Обычно переходы изготавливают несемметричными p_p>> << n_n

Если p_p>> n_n то p-область эмитерная, n- область- база

В первый момент после соединения кристаллов из-за градиента концентрации возникает диффузионный ток соновных носителей.

На границе основных носителей начнут рекомбинировать, тем самым обнажаться неподвижные ионы примесей.

Граничный слой. Будет обеднятся носителями заряда => возникнет внутреннее U. Это U будет препятствовать диффузионному току и он будет падать. С другой стороны наличие внутреннего поля обусловит появление дрейфого тока неосновных носителей. В конце концов диффузионный ток станет = дрейфовому току и суммарный ток через переход будет = 0

U _{контакта}≈_тln((Pp₀)/(np₀))

_т≈25мB температурный потенциал при 300 К

U_к=0,6-0,7В Si;0,3-0,4В Ge.

Различают 3 режима работы p-n перехода:

1)Равновесный (внешнее поле отсутствует)

2) Прямосмещенный p-n переход.

В результате U_внпадает =>возникает диф. ток электорнов I=I₀ e^U/mт

m ≈ 1 Ge

2 Si I₀ тепловой ток.

I обусловлен основными носителями зарядов. Кроме него ток неосновных носителей будет направлен встречно.: I= I₀(e^U/mт-1)

3)Обратно смещенный p-n переход I- обусловлен токами неосновных носителей I=- I₀

ВАХ p-n перехода

Емкости p-n переходов.

Различают: -барьерную, -диффузионную.

Барьерная имеет место при обратном смещении p-n перехода. Запирающий слой выступает как диэлектрик =>конденсатор e=f(U) Эта емкость использована в варикапах.

C ≈1/√U

Д иффузионный ток имеет место при прямом смещении p-n перехода C_д=dQ_изб/dU

Реальные ВАХ p-n переходов.

О тличаются от идеальных след. образом:1)Температурная зависимость

t1>t2 10°C

I_{0=> Si=2,5}

_Ge=2

2 ) Ограничения тока за счет внутреннего R базы

I

3)Пробой p-n перехода :1-лавинный, 2- туннельный, 3- тепловой ( 1,2- обратимые;3-необратимый) I₀ ≈ 10 I₀

П/п диоды.

Прибор с 1^м p-n переходом и 2^мя выходами

К валифицируют по технологии, - по конструкции, - по функциональному назначению:

-выпрямительные, А + К

- ВЧ диоды,

стабилитроны,

- варикапы,

-светодиды,

- фотодиоды,

- тунельные,

-обращенный

Маркировка по справочнику

1)Выпрямит. диоды – предназначены для выпрямления ~ I в =

Основные параметры

Iср.пр- средний прямой,Uпр,Uобр.,P-мощность, Iпр.имп.

2)Вч диоды выполняются обычно по точечной технологии

Cд-емкость, Iпр.имп, Uпр.ср, t установления, t востановления,

3)Диод Шотки – диод на основе перехода металл ->п/п, быстродействующий. Uпр.=0,5В, ВАХ не отличается от экспоненты в диапазоне токов до 10¹⁰

4 )Стабилитрон – это параметрический стабилизатор напряжения, стабилизирует напряжение от единицы до сотен вольт.Uст – обратная ветвь ВАХ; пробой лавинный

ВАХ

r=∆U/∆I

чем < тем лучше

Д814Д => U=12 В R_бал.=(E-Uст.)/(Iст.+Iн.)

Кст.=(∆Е/Е)/(∆U/Uн) ТКН – температупный коэффициент U=(∆U/U)/ ∆t≈0,0001%

5 )Стабистор – предназначен для получения малых стабильных напряжений

в них исп. прямая ветвь ВАХ

КС07А U=0,7B

6 ) Варикап –параметрическая емкость, вкл. в обратном смещении. Примечание :- в системах авто –подстройки частоты в телерадио и т.д.;-получение угловой модуляции(угловой или фазовой)

7 )Тунельный диод ВАХ имеет участок «-» R

Примечание: Для получения высокочастотных колебаний (генератор); пороговые утройсва – тригеры Шмита

8 ) Обращенный диод – это разновидность тунельного - в нем нет «-» R, - в работе используют обратную ветвь ВАХ

Биполярные транзисторы

П/п прибор с 2-мя и более переходами и с 3-мя и более выводами

Р азличают транзисторы проводимости:

n-p-n, p-n-p

Режимы работы БТ

1.)Отсечка – оба перехода закрыты, обратно смещены

2.)Насыщения – оба перехода смещены прямо

3.)Активный режим – эммитеры прямо, колектор обратно

4)Активно инверсный – эммитеры обратно, колектор прямо

Активный режим. Физика работы.

Iк=Iэ+Iко Iко-обратный ток колектора, -коэффициент передачи тока эмитера

С хемы включения транзисторов.

1)Схема с общей базой

Iвх-Iэ

Iвых-Iк

Uвх-Uэб

Uвых-Uкб

2)Схема с общим эмитером

3) Схема с общим колектором

Каждая схема характеризуется семействами входных и выходных статических ВАХ

Iвх=f(Uвх)  Uвых-const

Iвых=f(Uвых)  Iвх-const

ВАХ транзисторов

1 )ОЭ

Iк=Iб +(Uкэ/r*к)+I*к₀ -коэффициент передачи Iб

=/1-

2)ОБ

I к=Iэ+I к₀+(Uкб/rк) r*к=( rк/1+) I*к₀=I к₀(1+)

М алосигнальная эквивалентная схема замещения транзистора

1)ОЭ

rк≈100 Ом rэ=dUбэ/dIб  Uк- const

rэ=2/Iэ⁰ =(Si)≈50мВ/ Iэ⁰

r*к=dUкэ/dIк  Iб- const ≈100кОм

С к*=Ск(1+) ≈ 5-15мкФ

2)ОБ

rэ=dUбэ/dIэ  Uк- const

r*к=dUкб/dIк  Iэ- const

Частотные свойства транзистора

Зависят от емкостей транзистора, межэлектородных емкостей, и от коэффициентов  и 

f ср=fср/ – для 

h –параметры транзистора

Δ U₁=h₁₁ΔI₁+h₁₂ ΔU₂

ΔI₂=h₂₁ΔI₁+h₂₂ ΔU₂

h₁₁= ΔU₁/ ΔI₁ │ΔU₂=0 – входной сигнал

h₁₂= ΔU₁/ ΔU₂ │=μ=0 – коэф. обр. отриц. внутр.связи

│ΔI₁=0

h₂₁= ΔI₂/ ΔI₁ │ ΔU₂=0 – коэф усиления I

h₂₂= ΔI₂/ ΔU₂ │=1/rк выходная проводимость

│ΔI₁=0

Связь h-параметров с собственными параметрами транзистора

Полевые транзисторы (ПТ)

В ПТ используется носитель заряда одного типа. Работа ПТ основана на управлении R канала ПТ поперечным электрическим полем.