Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 11
Текст из файла (страница 11)
б) а) Рис. 2.22. Схема для иллюстрации стабилизации напряжения при помощи стабилнтрона (а). Изменение напряжения источника от У1 до Уз приводит к изменению тока через стабилитрон от )х1 до 1яж а напряжение ва стабилитрово и иагрузочном резисторе остаатся постоянным и равно Ух (б) Пример 2.6. В схеме на рис.
2.22, а применен стабилитрон на 10 В. При каком максимальном сопротивлении резистора В будет поддерживаться напряжение 10 В на нагрузке Яб = 1 кОм, если напряжение источника 1', = 30 В? Решение. Пока стабилитрон будет оставаться обратносмещенным напряжением, большим нли равным напряжению стабилизации Ух, падение напряжения на нагрузке Яь будет постоянным и стабильным.
И.В. Пр б р ~ 61) Падение напряжения на резисторе Я: П 1 =1я — Р'я, где 1 — ток через П. Минимальный ток через нагрузочный резистор йь, требуемый для поддержания напряжения Ъя на нагрузке, равен Ъ'я/Вь. В пределе, такой же ток 1 протекает через резистор П. Заменяя 1 = 3'я/Нь в уравнении выше, получим П = % — 1'г) (Пь/1'я) Подставляя данные значения, имеем: Н = (30 — 10)В (1 кОм/10 В) = 2 кОм. Следовательно, максимальное сопротивление резистора Вь = 2 кОм. Пример 2.7. У стабилитрона 11р = 10зо м э и Фл = 10зэ м з. Лавинный пробой у диода начинается при напряженности электрического поля 10т В м Вычислить напряжение пробоя.
Принять е(= е„ео) = 10 ю Ф . м ~. Решение. Уравнение (2.17) дает максимальную напряженность электрического поля: з 112 (е (Р1А + 1'1Р) Отбрасывая малое напряжение перехода Рв и учитывая, что напряжение Ъ' в области пробоя отрицательно, это уравнение можно переписать следующим образом: 2дХлХрЪ' е (1УА + Д1р) или (рл+Фр) (10 ) х 10 'о х 10за(1001) 2дЖ г1 (2 1,6 10 зз 104з) Пример 2.8.
Вычислить напряжение лавинного пробоя германиевого диода Резким р.п-переходом, у которого Жр » г1л, Р1л = 10э' м з и критическая напряженность электрического поля равна 2х 10 В м ~. диэлектрическая проницаемость германия е„ = 16. гашение. Критическая напряженностьэлектрического поля (равная максималь"ои напряженности электрического поля Е, ) в соответствии с уравнением (2.17) имеет вид: Е„п=Е ~ ~1г 3 Юд "и.= $", Е = (2 ф'/е) ~~~~~~у г1р >> Хл, Ил/Р1р << 1, следовательно, величиной Ил/Нр можно пренебречь.
Тогда Ез = 2д Р Жл/е ~~~62 Глава 8. р-п-переход 1' = Ео, е е/(2.я 1УА) = Е „ее ео/(2 ц Мл) = = (2 х 107)~ х 16 х 8,85 х 10 м/(2 х 1,6 х 10 1в х 10~1) = 177 В. Пример 2.9. Требуется спроектировать кремниевый диод с напряжением пробоя 500 В. Принять, что лавинный пробой начинается при напряженности поля 10г В. м 1.
Какая должна быть концентрация акцепторов Хл, если концентрация доноров Лр равна 10кв м в7 Относительная диэлектрическая проницаемость материала (полупроводника) равна 11,5, а абсолютная диэлектрическая проницаемость 8,85 х 10 м Ф м Решение. Критическая напряженность электрического поля, при которой начинается пробой (то же, что и Е „.), дана в уравнении (2.17).
Етал = ' 1' илн Евлах = + 1 12ок — + Хл 1Ур Е~„„. е Далее е = е, . ео = 11,5 х 8,85 х 10 м = 1,01 х 10 1о Ф/м. Следовательно, 1/Ил+1/Мр = 2 х 1,6 х 10 'в х 500/10'~ х 1,01 х 10 во, так как 1Ур» Фл мы имеем Ил=6,3х10'~м в 2.9. Заключение р.п-диод применим при разработке как аналоговых, так и цифровых схем. р-и-переход также является основной частью биполярного транзистора. Одновременное существование в структурно-непрерывном полупроводнике и- и р-областей приводит к образованию перехода. Диффузия свободных носителей — электронов и дырок — происходит как естественное следствие градиента концентрации этих зарядов. Рекомбинация диффундировавших электронов и дырок создает барьерную (обедненную) область без подвижных носителей.
Неподвижные ионизированные атомы примеси в области барьера создают пространственный заряд и соответствующее электрическое поле в этой области. Оно вызывает ток дрейфа, который й9. Э 63)) течет в направлении, обратном диффузионному току. Говорят, что переход равновесный, если суммарный диффузионный ток равен суммарному току дрейфа и общий ток через переход равен нулю. В состоянии теплового равновесия уровни Ферми р- и п-сторон перехода выравниваются. На переходе формируется потенциальный барьер ( 200 мВ для гермзнмевых и 500 мВ для кремниевых р-п-диодов), препятствующий движению носителей через переход.
Приложенное к р-и-диоду внешнее напряжение нарушает и переопределяет равновесие. В соответствии с приложенным напряжением на обеих сторонах перехода уровни Ферми сдвигаются. При прямом смещении потенциальный барьер, разделяющий основные дырки на р-стороне и электроны на п-стороне, снижается, и, как следствие, дырки и электроны начинают диффундировать. Небольшие прямые напряжения (немногим более 0,3 В для германиевого диода и 0,7 В для кремниевого) вызывают экспоненциальный рост тока, сопротивление диода низкое — только несколько десятых долей ома. При обратном смещении приложенное напряжение добавляется к высоте барьера, делая диффузию основных носителей невозможной. Заряды (неосновные носители), образованные за счет тепловой энергии, вблизи области потенциального барьера дрейфуют под действием приложенного поля и вызывают небольшой обратный ток насьпцения ( 1 мкА или менее).
Небольшой ток при большом обратном напряжении означает большое сопротивление (МОм и более) диода в состоянии обратного смещения. Обратньй ток насьпцения — нежелательный, паразитный ток. Его величину пытаются уменьшить, совершенствуя технологию производства диодов и подготовки материалов. Емкость перехода представляет собой, например в случае обратного замещения, изолятор (обедненнзл область), с двух сторон ограниченный относительно хорошо проводящими областями. Емкость перехода (пикоФарады) ограничивает эффективность работы приборов с р-и-переходом на высоких частотах. Пробой перехода возникает под действием большого обратного поля, когда носители тока выбиваются электронами с высокой энергией (ла~инный пробой) или из-за прямого разрыва валентных связей в полупроводнике (зенеровский пробой).
В обоих случаях, при увеличении напряжения выше определенного значения, называемого напряжением пробоя, ток начинает резко увеличиваться. явление пробоя используется в стабилит илитроне, широко применяющемся для стабилизации напряжения и как элемент опорного напряжения. Глава Я. р-п-переход 1. Бхе Б. М. РЬув1сз о1 Яеппсопе1пс$ог Веч1сез, %11еу 1пФегпае1опа1, 1969. 2. МП1шап Л. аЫ НаЫвз С.
1пФеягаФее1 Е1есФгошсв, Мс0га~ч-НП1 1пФегпаНопа1 еб. 1987. 3. ВачЫ Н. Репу апй ЛопаФЬап Р. Впе1, Е1ес$гошс МаФепа1з апе1 Эеч1сез, Асах1еш1с Ргевз, 2001. 4. ЛоЬп 1Л. Кпуе1ег, Е1ес1гошс Рппе1ашепФа1в апс1 АррПсаиопв, Ргеп$1сеНа11, 1971. Вопросы Что такое диффузионный ток? 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.8.
2.9. 2.10. Чем отличается вольт-амперная характеристика стабилитрона от вольт- амперной характеристики обычного диода при обратном смещении? 2.11. На примере простой схемы объясните способность стабилнтрона стабилизировать напряжение. 2.12. В чем разница механизмов лавинного и зенеровского пробоев? 2.13. При каких диапазонах напряжения возникают зенеровский и лавинный пробои? 2.14. Пробой перехода — обратимый процесс.
Прокомментируйте. Задачи 2.1. ~64 Дополнительная литература по теме Что такое ток дрейфа? Какого порядка величина сопротивления обратносмещенного р-п-перехода? Какого порядка величина сопротивления прямосмещенного р-и-перехода? Заряды какого типа присутствуют в обедненной зоне несмещенного р-и-пе- рехода? Нарисуйте диаграмму потенциальной энергии прямосмещенного перехода и объясните протекающие токи. Что такое напряжение включения? Каковы его значения для германиевого и кремниевого диодов? Объясните, почему обратный ток насыщения в германии намного больше, чем в кремнии при той же температуре. Что такое емкость перехода? Как она зависит от концентрации примесей? Имеем резкий переход в германии.
Концентрация доноров Фп = 10ы см на и-стороне и концентрация акцепторов?Ул = 10ы см з на р-стороне. Вы- Зд 6Б) числить высоту потенциального барьера на переходе, если концентрация собственных носителей и; равна 2 х 10ез см з. Принять МТ/д = 0,026 В. Ответ: 0,26 В. 22 У р-и-диода концентрация доноров г77э на и-стороне в два раза больше, чем концентрация собственных носителей пь и концентрация акцепторов ?ул на р-стороне на три порядка превьппает пь Чему равно напряжение перехода? Принять йТ/д = 0,026 В, Ответ: - 200 В. 2,3, Требуется изготовить кремниевый диод с напряжением перехода 0,6 В. Если концентрация доноров ?Ур = 10вв см з, какая должна быть концентрация акцепторов Хл ? Концентрация собственных носителей и; = = 10'в см з и яТ/я = 1/40 В Ответ: 5?а = 2,65 х 10'~ см в. 2.4.
У германиевого диода ширина области обеднения равна 8 мкм при обратном напряжении 9 В. Вычислить приблизительно, чему будет равна ширина области обеднения при уменьшении обратного напряжения до 4 В. Ответ: 5,33 х 10 в м . 2.5. Резкий кремниевый р-п-переход имеет удельное сопротивление на р-стороне 5 Ом см и 20 Ом см на и-стороне. Вычислить: а) потенциал барьера; б) ширину области обеднения. Исходные данные: п; = 2 х 10'с см з, па = 1300 смэ/В.с, р„= 500 смэ/В с, ЯТ/0 =0,026 В ив(= е„ев) = 10 ш Ф/см. Ответ: 'хв = 0,61 В, И~ = 3,48 х 10 " см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
