Физические основы ппп лек3_4_2007 (Презентации лекций)

Зарубежная элементная база РЭА
медицинского назначения
Часть 1.

P-N переход при обратном смещении
Е
p
n
Epn=E+Eвн
jдиф. 0
jдр. 0

P-N переход при обратном смещении
Jдиф.

Емкость р-n-перехода.
Барьерная емкость
С бар
q

к
где φк – контактная
разность потенциалов.
Сбар
S
 0
d

Емкость р-n-перехода.
Диффузионная емкость
Сдиф
q


где φΣ = φк + φвнеш.

Вольтамперная характеристика диода.
Для кремния:
φк = 0,5…0,7 В
Для германия:
φк = 0,2…0,4 В

Вольтамперная характеристика диода.
Виды пробоя
Электрический
Лавинный
Туннельный
Тепловой

Вольтамперная характеристика диода.
Лавинный пробой.
Коэффициент размножения:

Вольтамперная характеристика диода.
Тунельный пробой.
Энергетическая диаграмма

Вольтамперная характеристика диода.
Тепловой пробой.

Эквивалентная схема диода.

Варикапы.
Пример использования варикапов:
Для электронного управления резонансными
контурами (область ВЧ и СВЧ диапазона).
С экв
С к Св

С к  Св
Частота резонанса
f 
1
2  L Cэкв

Стабилитроны
Параметрический стабилизатор
Rîãð
D1
Коэффициент стабилизации:
Rí
U вх U вх
К ст 
U вых U вых
Стабистор аналогичен стабилитрону, но работает на прямой ветви.

Переход металл-полупроводник.
Тип контакта определяется работой выхода.
Оммический контакт
Выпрямляющий контакт:

Переход металл-полупроводник.
Диод Шотки.
R3
D2
Q1

Transient voltage supressor (TVS) диод
Используются в качестве защиты от перенапряжения.

Transient voltage supressor (TVS) диод
Используются в качестве защиты от перенапряжения.
dI
U L
dt

Transient voltage supressor (TVS) диод
L
R

Transient voltage supressor (TVS)
диод
U max U д.max m
I max I д. max n
Cmax
n
Cд 
m

Транзисторы.
Transistors
Small signal (BJT)
JFET
Power BJT
MOSFET
RF Transistors
Power MOSFET
BJT
MOSFET
Darlington
Spesiality

Принцип работы транзистора.
Iэ
Э
n+
n+
p
Б
I к  I э
Iк
W
Iб
Iк
  1
Iэ
I э I к  I б
К

Транзисторы.
Режимы включения транзистора:
активный:
•ЭП – в прямом направлении,
•КП – в обратном направлении
насыщения:
•ЭП – в прямом направлении,
•КП – в прямом направлении

Транзисторы.
Режимы включения транзистора:
отсечки:
•ЭП – в обратном направлении,
•КП – в обратном направлении
инверсный:
•ЭП – в обратном направлении,
•КП – в прямом направлении

Транзисторы.
Использование режимов включения:
активный: усиление линейных сигналов
насыщения: усиление импульсных сигналов
отсечки: усиление импульсных сигналов
инверсный: теоретический

Транзисторы.
Активный режим.
Iэ

Iк
 1
Iэ
Iб  Iк
Iк
Iэ  Iко
Iко- обратный ток коллектора
Ik

1 
Iб 
Iко

1 
1 

β – усиление по току.

Транзисторы.
Схемы включения.

Транзисторы.
Параметры основных схем включения

Транзисторы.
Схема с общей базой (ОБ)
I
 Uбэ

 t

Iоэ  e
 1

Транзисторы.
Входная и выходная
характеристики схемы с ОБ

Эффект Эрли.
Iэ
Э
W`W
n+
Iк
n+
p
Б
Iб
К

Транзисторы.
Входные характеристики схемы с ОЭ

Транзисторы.
Выходные характеристики схемы с ОЭ

Транзисторы.
Схема с ОК.
Входная хар-ка:
Особенности:
Выходная хар-ка:
-большое Rвх
Rвх
-малое Rвых
rвых
Rн  1   
rэ
1

Транзисторы.
Схема с ОК.

Транзисторы.
Особенности введения ООС.
параллельная по напряжению
последовательная по напряжению
последовательная по току
параллельная по току

Транзисторы.
Особенности введения ООС.

уменьшает коэффициент усиления

расширяет полосу пропускания.

Последовательное соединение цепи
ОС со входом/выходом усилителя
увеличивает Rвх/вых в глубину
обратной связи раз.

rоспосл
Параллельное соединение цепи ОС со
входом/выходом усилителя уменьшает rоспарал
Rвх/вых в глубину обратной связи раз.
r  1  K
r
1  K

Транзисторы.
Модели биполярных транзисторов
Эквивалентные схемы замещения:
Ñ êá
C ýá
Ý
à I ý
r ý
r ê
r á
Á
rэ – сопротивление ЭП:
rэ = φт / Iэ ~ 25…250 Ом
rб – определяется
Ê
толщиной базы:
r í
rб ~ 100…500 Ом
rк – диф. сопротивление:
определяется наклоном
характеристик:
для ОБ rк ~ 105…106 Ом

Транзисторы.
Модели биполярных транзисторов
Ñ êá Â
rк оэ = rк об / (1+β),
где : β = α / (1-α)
ÂI á
Á
r á
r ê
Ê
r í
C ýá
r ý
Источник тока αIэ, α –
коэффициент передачи
тока в схеме ОБ
Ý
Скб – барьерная емкость
Сэб – в зависимости от
тока может быть Сбар.
или Сдиф.
Iэ
1
С эб 

2f Т rэ 2f T T
где fT – частота единичного усиления.

Транзисторы.
Эффект Миллера
к
Uк
Скб.
ΔUб
б
 Uб K
Uкб
Uб    KUб
Uкб
Uб ( 1  K)
Cкб
Сэкв.
э
Сэкв
Uк
Скб  1   
Сэкв
q
Uкб
q
Uб
Сэкв
Скб( 1  К)

Транзисторы.
Способы повышения быстродействия:


использование
неравномерно
легированных базовых
областей (дрейфовые
транзисторы)
Применение каскодных
схем

Транзисторы.
Y-параметры
I1
Y11 U1  Y12U2
I2
Y22U1  Y22U2
I1
Y 11  – входная проводимость;
U1
I 2 - передаточная проводимость;
Y 21 
U1
I1 проводимость
Y 12 
U 2 ОС;
I2
- выходная проводимость.
Y 22 
U2

Транзисторы.
Y-параметры
Y 12 U1
Y22
Y 11
Y 21 U1

Транзисторы.
H-параметры
U1
I2
h11 I1  h12U2
h21I1  h22U2
U1
h11 
– входное сопротивление,
I1
I2
h 21 
– коэффициент передачи по току,
I1
U1
h12 
U2
I2
h 22 
U2
– коэффициент передачи в цепи
ОС,
– выходная проводимость.

Транзисторы.
H-параметры
h 11
h22
h 21 I 1
h 12 U1

Транзисторы.
Модель Эберса-Молла.
C
C cs
RC
C âõ
D2
C bc
(I be - I bc) / Qb
Rb
B
D1
C be
RE
E

Транзисторы.
Модель Гумеля-Пуна.
C
RC
QM
I epi
Q0
C js
C âõ
D2
Cj
D4 *
D4
Rb
B
D3
S
S
C jbe
D1
C js
RE
E
D3 *
(I be1 - I be2) / Q0

Полевые транзисторы (JFET).
Junction Field Effect Transistor

Полевые транзисторы (JFET).
Junction Field Effect Transistor

Полевые транзисторы (JFET).
Junction Field Effect Transistor

Полевые транзисторы (JFET).
Junction Field Effect Transistor

Полевые транзисторы (JFET).
Junction Field Effect Transistor
J1
R1

Полевые транзисторы (JFET).
Модель Шихмана-Ходжеса
Ñ gd
D1
RD
I d
C gs
D2
RS

Полевые транзисторы (MOSFET).
Cо встроенным каналом

Полевые транзисторы (MOSFET).
C индуцированным каналом

Полевые транзисторы (MOSFET).
C индуцированным каналом

Полевые транзисторы (MOSFET).
Spice model
D
R d
C bd
D1
C gd
R ds
I d
G
R b
RG
C gb
B
D2
C gs
RS
S
C bs

Современные силовые
полупроводниковые
приборы.

Области применения.
IGBT – Insulated Gate
Bipolar Transistor

MOSFET транзисторы.
Со встраиваемыми защитными диодами
вертикальный канал

MOSFET транзисторы.
Со встраиваемыми защитными диодами
вертикальный канал

MOSFET транзисторы.
Со встраиваемыми защитными диодами
вертикальный V-канал

MOSFET транзисторы.
со статической индукцией (СИТ)

MOSFET транзисторы.
со статической индукцией (СИТ)
Выходная характеристика

IGBT транзисторы.
X1

IGBT транзисторы.
Эквивалентная схема IGBT транзистора