1629382645-b4e04346f8103ace08f21d88eab88aa5 (846433), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Решение Из табл. 1.2 видно, что собственная концентрация носителей заряда германия превосходит концентрацию носителей заряда кремния в 1700 раз. Кроме того, у германия подвижность электронов и дырок примерно в три раза выше. Таким образом, удельная электропроводность германия примерно равна 3 1700 = 5!00, т. е, примерно в 5000 раз выше удельной электропроводности кремния.
Пример 1.3 Используя табл. 1.2, найти удельное сопротивление кремния. Атомное число Атомный вес Плотность, г/сма Диэлектрическая постоянная, отн. ел. Атомы!сма Еоо, эВ, при 0 К Е, эВ при 300 К и;,см априЗООК Собственное удельное сопротивление при 300 К, Ом см рн сме/В с при 300 К !а„смеуВ.с при 300 К 0„, смеус = р„1' 'ус = Н, е' Решение Из (1.2) удельная электропроводность а, = 1п)ь„+ рр ) е.
14 28,1 2,33 12 50 Жег 1,21 1,1 1 5 10~с 230 000 32 72,6 5,32 16 44 !Оса 0,785 0,72 25,10ы 45 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ Поскольку для собственного полупроводника ~г = р, то ст,. = и(р„+ и )е = 1,5.10' (1300+ 500) 1,6.10 ' = 4320-!О = 4,32 10 ' См/см; р,. = 1/ст, = 10"/4,32 = 232 000 Ом. см. Отметим, что конечный ответ близок к значению, данному в табл.
1.2. Удельные сопротивления кремния и германия даны в табл. 1.2 для тем- ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ Диод является электронным элементом, который проводит ток только в одном (прямом) направлении. Условно диод представлен на рис. 1.8.
Это прибор с двумя выводами, состоящий из анода и катода. Согласно общепринятому направлению, ток протекает от анода к катоду. Идеальный диод 20 глАвл ~ Миграция электронов из материала л-типа в материал р-типа делает материал р-типа заряженным отрицательно, а материал л-типа — заряженным положительно. В результате возникает разность потенциалов„обозначенная вектором Ю на рис. 1.9, которая предотвращает любую дальнейшую миграцию электронов, и таким образом достигается состояние равновесия ".
Другим эффектом является то, что электроны оккупируют дырки в области перехода, создавая обедненную область, где теперь очень мало свободных электронов или дырок. Отсутствие свободных зарядов на переходе также показано на рис, 1.9. На рис. 1.10 изображено распределение плотности заряда в полупроводнике. Область заряда и обедненная область существуют только около перехода, а потенциал и-области возрастает за счет проникновения ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ движение электронов и дырок в и- и р-областях соответственно по направлению к переходу, т.е. через переход протекает ток. Токоограничивающий резистор включается в цепь для предупреждения чрезмерного тока.
Если к р-области приложено отрицательное напряжение относительно п.-области (рис. 1.11,6), то и электроны, и дырки стремятся удалиться от перехода„что увеличивает обедненную область. При этом в обедненной области нет носителей, и переход действует как разомкнутая цепь, т.е. препятствует протеканию тока. Как видно из рис. 1.11,6, движение электронов 23 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ +58 .Чй: Рис. 1.14. Схема фиксации уровня напря- Пример 1.6 Схема фиксации уровня напряжения, иногда используемая в цифровых схемах, представлена на рис.
1.14. Определить фиксированное напряжение и ток через диоды, 24 ГЛАВА ~ Таблица 1.3. Характеристики диодов В табл. 1.3 приведен перечень наиболее важных характеристик диодов, в данном случае переключательного диода 11'14148 и выпрямительного диода 1Х4004. По ней можно также судить о разнице между переключательными и выпрямительными диодами. Фотографии этих диодов приведены на рис. 1.16.
Цветной ободок, нанесенный около вывода катода, поможет определить направление тока. 25 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ ооэю ОООО ООО < О 20 0 20 ао оо 20 Обрат Оа а р а аа,в 2 ООО аоо аор аоо ° оо Оо аа и н о а а 2 Рис. 1.17. Характеристики обратного тока диода (с разрешения фирмы 6епега! Е!естпс Соптрвпу): а — типичная зависимость тока от обратного напряжения (2б'С); б-типичная зависимость обратного тока от температуры. а и ю та оо там ара ура.'те б ао ставлены на рис.
1.! 7. Заметим, что обратный ток слабо зависит от обратного напряжения. Как видно из рис. !.17,а, величина обратного тока для допустимых обратных напряжений составляет около !О нА. Рис. 1.17,6 показывает, что при повышении температуры на каждые 10 ОС величина обратного тока примерно удваивается. Пример 1.8 По рис. 1.!7,а определить обратное сопротивление диода 1)ч)4!48 прн обратном напряжении 30 В.
гллвл 1 Решение По кривой на рис. 1.17, а определяем, что напряжению 30 В соответствует ток 10 нА. Следовательно, А, = 30/10.10 = 3 10 Ом. ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ При резком изменении полярности приложенного напряжения в течение небольшого отрезка времени происходит рассасывание зарядов у перехода, после чего образуется обедненная область. Время протекания этих процессов называется временем памяти.
В течение этого времени заряды будут поддерживать обратный ток до тех пор, пока все они не покинут область перехода. Форма тока представлена на рис. 1.18,в. При образовании обедненной области возникают, по существу, две противоположно заряженные области (р-материал с отрицательным зарядом и и-материал с положительным зарядом), разделенные диэлектриком (обедненным слоем). Две проводящие области, разделенные диэлектриком, образуют конденсатор„после заряда емкости которого обратный ток прекращается. Йпемя,,тгн.буемое ~~пя,завяла этого конленсатора называется апеменем, п~- ГЛАВА 1 из рис.
1.19,6, при изменении полярности входного напряжения на отрицательную, выходное напряжение падает до — 5 В примерно в течение б мкс, В продолжение этого времени избыточные заряды поддерживают обратный ток. По истечении времени памяти диод переходит в состояние, когда ток и выходное напряжение равны нулю. В этой цепи время перехода очень мало и не принимается во внимание, поэтому можно считать, что диод переходит в противоположное состояние мгновенно. Из-за большого времени восстановления этот диод не используется в высокоскоростных цепях.
29 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ Вь~х Рис. 1.20, Однополупериодный выпрямитель: а — электрическая схема; б — формы напряжения и тока. ГЛАВЛ 1 фильтр и формирует напряжение, характерное для сглаживающего фильтра ~рис. 1.21, 6). Между моментами ~, и ~ (рис. 1.21, б), когда входное напряжение имеет максимальную амплитуду, конденсатор заряжается. При уменьшении выходного напряжения конденсатор разряжается через нагрузочный резистор. Это соответствует интервалу времени между ~, и ~, ~рис.
1.21, о). К моменту ~, входное напряжение достигает достаточной величины, чтобы конденсатор снова начал заряжаться. Форма выходного напряжения показывает, что на нагрузке всегда имеется падение напряжения, и, следовательно, через нагрузку всегда протекает ток. Ток поддерживается в основном конденсатором за счет медленного разряда от максимального значения в каждом цикле. Эта схема имеет лучшие характепистики по спи ннению г,.
иепьк~ без кон денсз тора ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ зависимости от направления включения диода. Однополупериодный выпрямитель, изображенный на рис. 1,20, является специальным случаем, где величина напряжения ограничения равна 0 В. При простейшем рассмотрении схем ограничителей падением напряжения на диоде при его прямом включении можно пренебречь. На рис.
1.23, а дана схема ограничителя, который отсекает все напряжения ниже 5 В. Входное напряжение должно быть больше 5 В для того„чтобы через диод протекал ток, Когда диод включен в прямом направлении, он представляет собой практически коротко-замкнутую цепь между входом и выходом, Если амплитуда входного синусоидального сигнала меньше 5 В, диод закрыт и напряжение на выходе равно напряжению батареи 5 В. Форма выходного гтяги.я тта утпа ~тОгО г птляатт, ттттвпетаттгнч~а иа г~тяС 1 13 б ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ руется наименьшее входное напряжение, которое остается неизменным до тех пор, пока диод не изменит свое состояние, Во второй графе указывается состояние диодов в первом диапазоне, а в третьей графе записывается зависимость выходных напряжений от входных.
Когда уровень напряжения изменяется„в таблицу добавляется вторая строка, так как состояние диодов и уравнения отношений вход-выход будут другими. Таблица будет продолжаться по строкам для каждого изменяемого уровня до тех пор, пока входное напряжение не достигнет максимальной величины. Для лучшего понимания проиллюстрируем этот процесс примером 1,11, 34 ГЛАВА 1 Таблица 1.4. Таблица для примера 1.11 Максимальное значение Состояние диода Уравнение Уровень напряже- ния 1',„„=О В $';„„= $~,„/3 1~;„„=( $',„+ + 30 В)!4 — 50< $;„<О 0 < $~.„< 90 90 < $~,„< 100 О, закрыт, О закрыт О, открыт, О2 закрыт О, открыт„ О, открыт $',„= О, $';„„= 0 $',„= 90, $~ „=30 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ ния или уровень иостоямной составляющей, но не его форму. Идеальную схему фиксации уровня можно представить как цепь, которая сдвигает входное напряжение вверх или вниз на определенную величину без изменения его формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
