Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 2
Текст из файла (страница 2)
13.3. Инвертирующий и неинвертирующий входы ....................... 13.4. Коэффициент ослабления синфазного сигнала..................... 13.5. Дифференциальный усилитель с симметричным входом и несимметричным выходом 13.6. Дифференциальный усилитель с несимметричным входом и симметричным выходом . 13.7. Дифференциальный усилитель с несимметричным входом и несимметричным выходом . 13.8. Дифференциальный усилитель с компенсирующими резисто- 13.10. Схемы с источниками постоянного тока .. Дополнительная литература по теме... Глава 14 Применение операционных усилителей 14.1.
Компараторы . 14.2. Усилители . 14.3. Неинвертирующий усилитель с обратной связью ... 14.4. Инвертирующий усилитель с обратной связью ...... 14.5. Дифференциальный усилитель ............................ 14.6. Суммирующие, масштабирующие и усредняющие 14.7. Схема вычитания . 14.8. Интеграторы и дифференциаторы 14.9. Активные фильтры ........... ",""""""""""""" 14.10. Заключение . Дополнительная литература по теме................. Вопросы Задачи..
Физические константы .. 350 357 357 358 360 361 Светлой памяти моего отпа Предисловие За время более чем 25-летнего преподавания электроники студентам, обучающимся на степень магистра наук в Индийском Технологическом Институте (ПТ) в Дели (Нью-Дели), я заметил, что студенты, приходящие из других университетов, испытывали трудности из-за разного уровня начальных знаний в электронике. У них не было четких представлений в теоретической части, затруднения были и при решении задач.
Данная книга представляет собой попытку уделить внимание этим проблемам. Учебная программа курса по электронике в ПТ для магистров рассчитана на один семестр. Непросто принять решение, какой выбрать материал для освоения примерно за 40 часов. Я выбрал темы, основываясь на опыте преподавания и общения со студентами. Материал представлен в удобной для понимания и сжатой форме, полагая, что у студентов отсутствуют глубокие начальные знания по электронике. Там, где необходимо, даны все требуемые соотношения, но их пространный вывод в большинстве случаев сокращен. Несколько глав посвящено изложению физических явлений, происходящих в полупроводниках и полупроводниковых приборах, чтобы легче было разобраться в их работе в реальных схемах.
Они не сложные для понимания и полезные для анализа схем. При анализе и разработке схем студентам определенно поможет большое количество задач (многие с решениями) в каждой главе. Книга рассчитана на студентов университетов, обучающихся на степени бакалавра и магистра, и для студентов других технических институтов. Книга также будет полезна студентам факультетов, специализирующихся по электронике.
Благодарности Бог дал мне вдохновение и возможность приняться за написание этой книги. Я потрясен его безмерной щедростью, но благоговейный страх не позволяет мне благодарить его. Я признателен проф. М. С. Содха, заведующему кафедрой физики, который в начале моей работы в ПТ в Дели предложил, чтобы я принялся за записки лекций по электронике на степень магистра наук. Эти первоначальные усилия получили развитие в данной книге. В последние годы я также ощущаю его поддержку и содействие. Я благодарен проф.
Аджей К. Гатак за его рекомендации и советы на разных этапах написания книги. Я также благодарен проф. А. К. Мухерджи (Центр энергетических исследований, ПТ, Дели) и проф. С. Н. Тандон (Центр биомедицинских технологий, 11Т, Дели) за множество полезных рекомендаций. Мои искренние благодарности моим коллегам проф. Л. К. Малхотра, проф. С. Чопра, проф. Х.
С. Гупта, проф. Р. Г. Мендиратта и проф. С. К. Матур за проявленный интерес и поддержку во время написания этой книги. И наконец, я благодарен моей семье, особенно моей жене миссис Нилима Дьюб за ее терпение: мне приходилось подолгу отсутствовать дома, так как я был занят написанием этой книги. Все замечания и предложения будут с благодарностью приняты. Динеш С. Дьюб ГЛАВА ! ВВЕДЕНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКИ Для понимания принципа работы полупроводниковых приборов и их электрических свойств необходимо иметь представление об энергетических зонах в полупроводниках. Электрические свойства материалов, вообще говоря, в большой степени определяются структурой энергетических зон.
Различие электрических свойств металлов, диэлектриков и полупроводников объясняется различием в структуре их энергетических зон. Темы, рассмотренные в этой главе: образование энергетических зон в твердых телах; структура зон полупроводников; легированные полупроводники; расчет концентрации носителей; проводимость и ее зависимость от температуры. 1.! .
Энергетические зоны в твердых телах Строение атома сейчас довольно хороню известно. В центре расположено положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны, которые имеют определенные энергетические состояния. На рис. 1.1 в упрощенном виде показано строение атома.
Орбиты электронов соответствуют энергетическим состояниям Еп Ез, ..., что означает, что электроны могут иметь только эти дискретные значения энергии. Рис. 1.1 можно перерисовать в виде рис. 1.2 — это удобнее для наших последующих рассуждений. Электронам не разрешено иметь какую-либо энергию между дискретными уровнями. Например, на рис. 1.1 ни один электрон не может существовать с энергией, лежащей между Е1 и Ез. Приведенные рисунки справедливы лишь для атома, который рассматривается изолированно, т.
е. как независимый объект — свободный от взаимодействия с полями других атомов. В твердых телах атомы расположены близко (около 10~~ в кубическом сантиметре) и они несвободны от воздействия соседних атомов. Из-за действия внешних полей имеет место обмен энергиями. В результате четкие энергетические уровни (такие, как показано на рис. 1.2) расширяются и становятся энергетическими зонами, как изображено на рис. 1.3. Расширение тем больше, чем дальше этот энергетический уровень расположен от ядра. Между разрешенными энергетическими зонами находятся запрещенные энергетические зоны (рис. 1.3).
Энергия алекгрона Ез Ег Ед Рнс. 1.1. Упрощенный внд ато- ма. Ег, Ез, н Ез — дискретные энергетические уровни, которые могут занимать электроны Рнс. 1.2. Более удобное представление энергетических уровней атома Рнс. 1.3. В твердых телах энергети- ческие уровни изолированных атомов распщряются н становятся зонами.Едь Едз — запрещенные зоны Энергия Ез Еяд Ед Можно привести интересную аналогию между расширением энергетических уровней в твердых телах и взаимодействием близко расположенных колебательных 1,С-контуров. Рассмотрим колебательный контур (рис. 1.4, а), подключенный к генератору переменной частоты. На рис.
1.4, б представлена характеристика контура (например, изменение тока в контуре, как Функция частоты). Теперь, если расположить близко два одинаковых колебательных контура (рис. 1.5, а), то в результате взаимодействия их электромагнитных полей получится резонансная кривая, показанная на рис. 1.5, б. На ней расположены два пика вместо одного, и разделение между ними зависит от того, насколько сильно электромагнитное поле одного контура действует на другой контур. Если расположить близко четыре контура, то увидим четыре резонансных пика. ~~~~4 Глава 1. Введение в полупроводники Рис.
1.4. Колебательный контур (а); частотная характеристика колебательного контура (б) и ь. а) б) 6 Лв Частота б) а) Рис. 1.б. Два близко расположенных колебательных контура (а); частотнал характеристика двух взаимодействующих колебательных контуров (б). Появление двух пиков Кристалл содержит огромное количество взаимодействующих атомов (около 10~~ в кубическом сантиметре).
Соответственно, энергетическая зона содержит много близко расположенных уровней, причем, расположенных так близко, что практически во всех случаях они образуют диапазон непрерывных значений. Однако можно отметить, что в твердых телах энергетические зоны разделены запрещенными зонами, что является основным свойством энергетических уровней атома (см. рис. 1.3). Квантовая механика подробно изучила образование энергетических зон в твердых телах.
Показано, что перекрывание атомных волновых функций в кристалле вызывает расширение энергетических уровней и обуславливает появление энергетических зон. 1.2. Энергетические зоны и перенос заряда в полупроводниках Кремний — полупроводник, издавна широко применяемый для изготовления приборов. Кратко рассмотрим образование энергетических уровней в кремнии. Атомный номер кремния — 14.
Ниже будет показано, как 14 электро- нов кремния распределены в разных оболочках и подоболочках. д.д.д.р р«д рр д Д 2дд2р Зддзр 1д' Главное квантовое число и = 1 Число электронов 2 о=2 8 я=З 4 Вспомним, что на уровне в может размещаться 2 электрона с противоположными спинами (принцип Паули), а на уровне р — 8 электронов. Таким образом, уровень, соответствующий главному квантовому числу 3, может вмещать 8 энергетических уровней, однако у кремния здесь только 4 электрона.
Рис. 1.6. Расширение состояннй Зр н Зд в кристалле кремння (схематнческн). Е,н Е„ со- е ответствуют началу энергетнческнх зон проводимости н валентностн. Ед — запрещенная зона (зона запрещенных энергетических уровней) Межатомное расстояние На рис. 1.6 показано, как расширяются и рзсщепапотся внешние уровни Зв и Зр при образовании твердотельного кремния вследствие сближения его атомов. Уровни Зв и Зр узкие и четко определены, когда атомы расположены далеко друг от друга (правая часть рис. 1.6). Расширение энергетических зон начинается, когда атомы начинают сближаться.
Структура зон, образованная при межатомном расстоянии, равном шагу кристаллической решетки, наиболее важна и представляет действуюшую структуру зон в твердом теле. Три основные зоны на рис. 1.6 обозначены как д, С и Ед. Можно сказать, что узкие (менее расширенные) энергетические зоны образуются также и для нижних уровней 2я и 2р, однако электрические свойства определятся только внешними энергетическими зонами и поэтому лишние в этом смысле уровни на рис. 1.6 пропущены. Вспомним, что изначально у каждого атома 8 энергетических уровней (2 для уровня Зя и 6 для уровня Зр).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
