Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поэтому при прочих равных тсловнях количество информации, передаваемой цифровым сшнобом, минимально. Достоинства ЦЭУ: высокая помехоустойчивость; высокая иа дежность; возможность длительного хранения информации без ее потери; зкономическая эффективность, обусловленная высокой ~ехнологнчностью н повторяемостью устройств; энергетическая эффективность, а также совместимость с интегральной технологией, Недостатки ЦЭУ: малое быстродействие; малая точность.
Однако меньшее быстродействие цифровых устройств с лихвой окупается возможностью унификации самих цифровых элементов, что позволяет с помощью нх большого количества успешно решать вопросы повышения точности н быстродействия ЦЭУ. Минимально возможный объем, который может занимать ЭУ, н конечном счете определяется количеством теплоты, выделяемой и этом объеме. Поэтому использование дискретных, методов обработки информации позволяет реализовать ДЭУ в значительно меньшем объеме, чем в случае аналоговой информации. Ранее мы отметили, что способность реализации сложных алгоритмов обработки информации в минимальных объемах с минимальнымн затратами и высокой надежностью работы является основной причиной повсеместного использования электронных 1стройств Сказанному в полной мере отвечают цифровые электронные устройства, которые, несмотря на меньшке быстродействие и точность по сравнению с другими рассмотренными типами ЭУ, получают в настоящее время все большее распространение.
В заключение следует отметить, что все современные ЭУ, независимо от типа, являются, как правило, твердотельными устройствами, принцип действия которых основан на протекании электрического тока через полупроводниковые материалы. Контрольные вопросы 1, Сколько поколений элементной базы можно выделить к настоящему времеинр 2. В чем принципиальное отличие элементной базы 1П-го и 1У-го поколеннйр 3. Что общего между элементной базой П-го, 111-го и 1У-го поколеннйг 4. Что понимается под квантованием сигнала по уровню н по времени? о.
Какие типы электронных устпойств Вы знаетей б, Каковы основные признаки аналоговых, импульсных и цифровых электронных устройств? 7. Какие параметры электрических сигналов могут использоваться в аналоговых, импульсных и цифровых устройствах дли отображения реальной физической величины? 8. Какие электронные устройства могут обеспечить наибольшую точность отображения информации о реальной физической величине? 9. Какие параметры импульсов используются для отображения реальной физической величины при амплитудной, широтной и фазовой модуляциях? 10. Что понимается под кодированием информации в цифровых устройствах? 11. Что является причиной широкого распространения цифровых устройств? ГЛАВА 2.
ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ йд. ПОЛУЙРОВО)йпйКОВЫЕ ДПОЙЫ Полупроводниковый диод †э полупроводниковый прибор с одним выпрямляюшнм электрическим переходом н двумя выводами, в котором используется то или иное свойство выпрямляю. щего перехода. В качестве выпрямляющего электрического перехода используется электронно-дырочный (р-а) переход, разделяющий р- н в-области кристалла полупроводника (рнс. 2.1). К р- н и-областям кристалла привариваются или припанваются металлические выводы, и вся система заключается в металлический, металлокерамический, стеклянный нли пластмассовый корпус, Одна нз полупроводниковых областей кристалла, нмеюшая более высокую концентрацию прнлзесей (следовательно, н основных носителей заряда), называется элзитгерол, а другая, с меньшей концентрацией,— базой.
Если эмнттером является р-область, для которой основнымн носителями заряда служат дырки ра', а базой и-область (основные носители заряда — электроны и,), то выполняется условие р,>>п,. ' л,— обозначения дырок в л.области, тогла обозначение кирок в и области, лля которой они являются неосноаиыми носителями зарилов, будет соот ветственно р га Рнс 2 ( Схема включения поеупро впднпкоаого диода и пространственное распределение объемных зарядов П и перехода при отсутствии внешне го напряжении Принцип работы, Рассмотрны случай, ко<да внешнее напряженке ка выводах диода отсутствует Гогда в результате всгречноб диффузии дырок (нз р а п-область) и электронов (из л- в р-область) и объене полупроводннпового кристалла, расп<шоженнаго вблизи границы раздела двух областей с различной прьаоднностью, заряди неподвижных ионов примесей окажутся несконпенснроп,<нныни (акцепторов для р-области н доноров для л областп) Эти заряды <издадут по обе стороны раздела иолупроволникового кристалла область объемного ззрпда )хля сохранения элеитрической нсйтральности полупроводниковой ~ <руктуры количество днффунднруемых через р.п-переход основных носителей <арада нз одкоб области должно равняться количеству дкффунднруечых основных носителей заряда нз другой областк С учетом того, что концентрация клектроиов п„в базе значительно меньше концентрации дырок р, в эмиттере, ~ бла<ть объемного заряда со стороны базы будет больше.
чем со стороны пинт~ера Образованный в результате встречной диффузии объемныи заряд создает клектрнческое поле с напряженностью Е*кн пр<пптствующее дальнейшей встречной диффузии основных носителей заряда Тзьнм образом, на границе р-и-пере- тода образуется контактная разность потенциалов, численно хзрактеризуюшаяся пысотоп потенциального барьера Лиффузия практически прекрвшается, когда энергия носителей заряда недостаточна. чтобы преодолеть созданную вь<югу потенциального барьера Если к выводаы дкода приложить прямое напряжение (см рис 2 !), то создаваемое иы электрическое поте Е будет компенсировать Е,.р и в область базы (по ыере возрастания напряжения О) будет вводиться (инжектировать') все большее количество дырок (неосновпых носителей зарядя для и области базы), котсрые н образуют пряной ток диода Г Встречной инжеккией и„ в область эннттера можно пренебречь, учитывая, что ррдкпл Если к выводам анода приложить обратное напряжение ( — У), то создаваемое иы электрическое поле ( — Е), совпадая по направлению с Е„и новышает эотенцкальный барьер н препятствует переходу основных носителей заряда э соседнюю область Однако суммарная напряженность электрических пелен спо ' Инжекцня — ввод неосновиых (для рассыатриваеиай области полупроводника) носителей заряда под действием прямого внешнего напряжения !9 собствует нзвлеченню (зкстракннн) неосновных носнтелей заряда: н„ вЂ” нз р в л-область н р — нз н.
в р-областзь которые н образуют обратный гок. Количество неосновных носятелей заряда значительно нзменяегся орн нзменсннн температуры, возрастая с е» повышенном. Позтому обратный тоь р.л-нерехода, образованный за счет нсосновных носюелсй, называют тгнлоеыл током (, Температурное нзмененне („онределяетгя известной завнснмостью (г-гл АеЮ=(е 2 (г.
ц где 1е — значение теплового тока нрк комнатной температуре Т,=ЗОО К; аг— значенне прнращення темнературы, соответствующее удвоению значения тени ного тока. Значение ДТ зависят от матернала яолунроводннка н составляет оря. мерно !О К для германия н 7 К дчя кремння Вольт-ампернаи характеристика (ВАХ) диода описывается выражением У-l,(ехр(У /р ) — 1), (2 2) где (гд — напряжение на р-л-переходе; грг=МТ)д — тепловой потенциал, равный контактной разности потенцналон гр.
иа границе р-и-перехода прн отсутствии внешнего напряжения (прн Т=300 1(, тут=0,025 В); lг — постоянная Больцмана; 7 — абсолютная темпеРатура; г) — заряд электрона. Прн отрицательных напряжениях порядка 0,1...0,2 В экснонен. циальной составлявшей, ио сравнению с единицей, можно пренебрегать (е-'-0,02), прн положительных напряжениях, превышаю.
ших 0,1 В, можно пренебрегать единицей (е" = 54,6), поэтому ВАХ, описываемая этими выражениями. будет иметь вид, приведенный иа рнс. 2,2,а. Рмс. 2.2. Статнческке вольт-амдерные характернстньн ндеального р.я-кереко. да (а) н реального диода (б) 20 По мере возрастания положительного напряжения на р-и-переяоде прямой ток диода резко возрастает. Поэтому незначительное изменение прямого напряжения приводит к значительному изменз нню тока, что затрудняет задание требуемого значения прямого 1 жа с помощью напряжения.
Вот почему для р-и-переходов характерен режим заданного прямого тока. Следует отметить, что приведенная ВЛХ (см. рнс. 2.2,а) явлнется идеальной ВАХ р-и-перехода. Она не учитывает рекомбннационно-генерационных процессов, происходящих в объеме и на поверхности р-и-перехода, считая его бесконечно тонким и длинюлм. Реальный и-и-переход не является бесконечно тонким и помгму при обратном напряжении происходит генерация пар влекгрок — дырка, образующая гок генерации 1„„.
Причем с увелии пнем обратного напряжения растет толщина р-и-перехода (эффект Эрли'), а, следовательно, и количество генерируемых пар. Вот почему с возрастанием обратного напряжения одновременно нозрастает и обратный ток (рнс. 2.2., б).
Протяженность реального р-и-перехода также не бесконечна. (рзверхность полупроводникового кристалла характеризуется нарушениями кристаллической решетки и различными загрязнениями, что обусловливает рекомбинационно-генерационные пронгссы на поверхности р-и-перехода и приводит к появлению дополнительного тока — гоки утечки 1„,. Таким образом, обратный ток реального диода 1оео 1е+ !сея+ 1тг.
Прн нарушениях технологического процесса, когда появляется ~и зможность попадания различных загрязнений на поверхность полупроводникового анода, ток утечки может составлять основную часть обратного тока диода, значительно превышая токи 1гея и !е н даже шунтнруя,р-и-переход. Относительная доля 1, н 1о в обратном токе диода зависит ог типа исходного полупроводникового материала. Так, для германия 1гти1!оС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
