Реферат: Электронные цепи и приборы (шпаргалка)

1. Зонная модель полупроводника.

К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие повеличине удельной электрической проводимости промежуточное положение междуметаллами и диэлектриками. Их удельная электрич. проводимость лежит в пределахот 10-8 до 105 см/м и в отличие от металлов онавозрастает с ростом темпер-ры.

ПП представляют собой достаточно многочисленную группувеществ. К ним относятся химич. элементы: германий (Ge), кремний (Si), бор,углерод, фосфор, сера, мышьяк, селен, серое олово, теллур, йод, некоторые химич.соед-ния и многие органич. вещества.

В электронике находят применение ограниченное кол-вополупроводниковых материалов. Это, прежде всего Si, Ge, и арсенид галлия.

Применяемые в электронике ПП имеют весьма совершеннуюкристаллическую структуру. Их атомы размещены в пространстве в строгопериодической последовательности на постоянных расстояниях друг от друга, образуякристалл-ую решетку. Решетка наиболее распространенных в электронике полупроводников– Ge и Si – имеет структуру алмазного типа. В такой реш. каждый атом веществаокружен четырьмя такими же атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра.

Каждый атом, находящийся в кристаллической решетке,электрически нейтрален. Силы, удерживающие атомы в узлах решетки, имеют квантово-механическийхарактер; они возникают за счет обмена взаимодействующих атомов валентнымиэлектронами. Подобная связь атомов носит название ковалентной связи, для еесоздания необходима пара электронов.

В Ge и Si, являющихся 4х-валентнымиэлементами, на наружной оболочке имеется по четыре ковалентные связи с четырьмяближайшими, окружающими его атомами.

рис.1. рис. 2.

На рис. 1 показ. условн. изображ. кристалич. решетки Si на плоскости:

1 –атом кремния, 2 – ковалентная связь, образованная одним электроном.

На рис. 2 показ. образование свободного электрона поддействием тепловой энергии:

1 –нарушенная ковалентн. связь, 2 – свободный электрон, 3 – незаполненная связь(дырка).

<img src="/cache/referats/14735/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> рис. 3.

EV –энергетич. уровень (max энергия связанного электрона), Ed – энергия донора, Ec– зона проводимости (min энергия свободного электрона), Eg – ширина запрещенной зоны.

EF –уровень Ферми, вероятность заполнения кот. равна ½.

2. Электропроводность полупроводников.

К полупроводникам (ПП) относятся вещества, занимающие повеличие удельной электрической проводимости (ЭП) промежуточное положение междупроводниками (металлы) и диэлектриками. Значения удельной ЭП этих трех классоввеществ приведены в табл.

Основным признаком, выделяющим ПП как особый класс веществ,явл. сильное влияние температуры и концентрации примесей на их ЭП. Так,например, даже при сравнительно небольш. повыш. темп-ры проводимость ПП резко возрастает(до 5 – 6% на 1ºС).

У большинства ПП сильное изменение ЭП возникает поддействием света, ионизирующих излучений и др. энергетич. воздействий. Т.о ПП –это вещество, удельная проводимость кот. существенно зависит от внешн.факторов.

Электропроводность ПП определяется направленным движениемэлектронов под действием внешнего электрического поля.

В ПП валентная зона и зона проводимости разделены не широкойзапрещенной зоной. Под действием внешнего эл. поля возможен переход электроновиз валентной зоны в зону проводимости. При этом в валентной зоне возникаютсвободные энергетические уровни, а в зоне проводимости появляются свободныеэлектроны, называемые электронами проводимости. Этот процесс наз. генерациейпар носителей, а не занятое электроном энергетич. состояние в валентной зоне –дырка.

Электропроводность, обусловленную генерацией пар носителейзаряда электрон-дырка, называют собственной электропроводностью. Возвращениевозбужденных электронов из зоны проводимости в валентную зону, в рез. которого параносителей заряда электрон-дырка исчезает, называют рекомбинацией.

Дрейфовый ток. Электроны и дырки в кристалле нах-ся всост. хаотического теплового движ-ия. При возникновении эл. поля на хаотич.движение накладывается компонента направленного движ., обусловленного действиемэтого поля. В рез. электроны и дырки начин. перемещ-ся вдоль кристалла –возникает эл. ток, кот. называется дрейфовымтоком.

Диффузионный токобусловлен перемещением носителей заряда из области высокой концентрации вобласть более низкой концентр.

Одним из главных принципов, лежащих в основе многихфизических процессов, явл. принцип электрической нейтральности полупроводника,заключающийся в том, что в сост. равновесия суммарный заряд в ПП равен нулю. Онвыражается уравнением электронейтральности:

3. p-n переход в условиях термодинамического равновесия.

Основная часть полупроводниковых приборов – это p-n переход. p-n переход – это граница раздела между двумя ПП с разным типомэлектропроводности – p и n.

Мы знаем, в р-областидырок много, а в п-области их мало, исоответственно в п-области электроновмного, а в р-области их мало. Врезультате такой разности концентрации возникает процесс диффузии. В результатечего возникают диффузионные токи дырок и электронов. Эти токи явл. токами основныхносителей зарядов. Дырки из р-областипереходят в п-область и рекомбинируютс электронами. Также электроны переходят из п-областив р-область и рекомбинируют сдырками. В рез. в р-п переходе образуетсяслой без подвижных носителей заряда, имеющий большое R, и кот. называется запирающим слоем. В этом слое имеются толькоотриц. заряды ионов, кот. создают отрицательный заряд –q, и положительный заряд ионов +q.Эти заряды создают эл. поле Eвн,направленное от + к – с отриц. потенциалом в р-области и положит. потенциалом в п-области. Эта разность потенциалов наз. контактной разностьюпотенциалов.

Эти заряды +q и –q препятствуют дальнейшему прохождениюосновных носителей ч/з р-п переход.Дырки отталкиваются от +q, аэлектроны отталкиваются от –q. Т.е.процесс диффузии приостанавливается и Iдифдальше не растет. Поэтому мы говорим, что в р-ппереходе возникает потенциальный барьер для основных носителей. В то же времяэти объемные заряды +q и –q своим эл. полем Е действуют ускоряюще на неосновные носители зарядов (электроны из р-области притягиваются к +q, а дырки из п-области к –q). В результатенеосновные носители под действием эл. поля Елегко перейдут ч/з р-п переход исоздадут дрейфовые токи. Дрейфовые токи – это токи неосновных носителей. Вкакой-то момент времени дрейфовый и дифф. ток ч/з р-п переход становятся равными и противоположными, тогда Iобщ=Iдр+Iдиф=0.

Энергетическая диаграмма р-п перехода в состоянии термодинамическогоравновесия.

4. Переход металл-полупроводник.

Уровни энергии валентных электронов образуют валентную зону(ВЗ), а следующий уровень энергии, находящийся выше ВЗ образ. зону проводимости(ЗП). ЗП и ВЗ разделены запрещенной зоной (ЗЗ), ширина кот. различна уразных материалов.

У проводников-металлов – ВЗ заполнена частично, электронызанимают нижнюю часть зоны, а верхние уровни ВЗ не заполнены. Под действиемслабого внешн. электр. поля валентные электроны приобрет. доп. энергию –кинетическую, заполняя в ВЗ занятые более высокие уровни энергии. Это означает,что электроны под действ. электр. поля приобрет. скорость и участвуют в перенесенииэлектр. заряда, т.е. протекает электрический ток. Возможна и другая зоннаяструктура проводника, при кот. ВЗ целиком заполнена валентными электронами, ноВЗ и ЗП перекрываются, т.е. ЗЗ отсутствует. В этом случае электроны под действиемэлектр. поля могут приобретать дополнительную кинетич. энергию, занимаясвободные уровни энергии в ЗП. Валентные электроны в металле принадлежатодновременно всем атомам кристалла и явл. свободными носителями заряда.

Если ВЗ заполнена целиком и ширина ЗЗ не равна 0, то валент.электроны не могут приобретать дополнит. кинетич. энергию и не явл. свободными.Если же вал. электрону собщить энергию, способную преодолеть ЗЗ, то онпереходит из ВЗ на один из незанятых уровней ЗП и станов. свобод. носителем заряда.Одновременно в ВЗ появляется один свобод. уровень, соответствующий дырке, чтопозволяет электронам ВЗ перемещаться. Переход электрона из ВЗ в ЗП можетпроизойти под действием тепловой энергии или какого либо другого источникаэнергии.

Если ширина ЗЗ относительно велика то тепловой энергииэлектронов недостаточно, чтобы перейти им из ВЗ в ЗП. Свободных носителейзаряда в таких материалах нет и их относят к диэлектрикам.

5. p-n переход при прямом смещении.

Электронно-дырочным p-nназ. такой переход, кот. образован двумя областями ПП с разными типамипроводимости: электронный и дырочный. Включение при кот. к p-n переходу прикладывается внешн. напряж. Uпр в противофазе с контактной разностью потенц. наз.прямым (см. рис. 1.). Как видно из потенциальной диаграммы (рис. 2) высота потенциальногобарьера уменьшается:

Uб=Uк-Uпр

Ширина p-nперехода также уменьшается h’<h.Дрейфовый ток уменьшается, диффузионный ток резко возрастает. Динамическоеравновесие нарушается и ч/з p-nпереход протекает прямой ток:

Iпр=Iдиф - Iдр ≈ Iдиф=Iобр ехр·(qeUпр / кТ).

Из формулы видно, при увелич. Uпр ток может возрасти до больших значений, т.к. онобусловлен движением основных носителей, концентрация которых в обеих областяхПП велика.

рис. 1.

ВАХ p-n переходаназ. зависимость тока, протекающего ч/з p-nпереход, от величины и полярности приложенного U. Аналитич. выраж. ВАХ p-nперехода имеет вид:

I=Iобр [ехр·(qeU / кТ)-1], где Iобр – обратный ток насыщения p-n перехода, U –напряж., приложенное к p-n переходу

Хар-ка, построенная с использованием этого выражения, имеет2 характерных участка (рис. 2).

рис. 2.

1.участок соответствующий прямому управляющему напряжению; 2. участок соответствующийUобр.

При больших Uобрнаблюдается пробой p-n перехода, прикот. Iобр резкоувеличивается. Различают два вида пробоя: электрический и тепловой.

6. p-n переход при обратном смещении. Пробой p-n перехода.

Электронно-дырочным p-nназ. такой переход, кот. образован двумя областями ПП с разными типамипроводимости: электронный и дырочный.

Включение, при кот. к p-nпереходу прикладывается внешнее напряж. Uобрв фазе с контактной разностью потенциалов, наз. обратным (рис. 1.).

рис. 1.

Под действием эл. поля, создаваемого внешним источником Uобр, основные носители оттягиваютсяот приконтактных слоев вглубь полупроводника. Как видно из рис. 2 это приводитк расширению p-n перехода (h’>h). Потенциальный барьервозрастает и становится равным Uб=Uк+Uобр.Число основных носителей, способных преодолеть действие результирующего поля,уменьшается. Это приводит к уменьшению диффузионного тока, кот. может бытьопределен по формуле:

Iдиф=Iобр ехр·(-qeUобр / кТ).

При обр. включении преобладающую роль играет дрейфовый ток.Он имеет небольшую величину, т.к. создается движение неосновных носителей. Этотток наз. обратным и определяется по формуле: Iобр=Iдр – Iдиф.

Пробоем наз.резкое увелич. I ч/з переход вобласти обратных напряж. превышающих U,называемое Uпроб.Существуют 3 основных вида пробоя: туннельный,лавинный и тепловой.

рис. 2.

Полупроводниковый диод (ПД) представляет собой 2х-электродныйприбор, действие кот. основано на использовании эл-ских свойств p-n перехода или контакта металл-полупроводник.К этим св-вам относятся: односторонняя проводимость, нелинейность ВАХ, наличиеучастка ВАХ, обладающего отрицательным сопротивлением, резкое возрастаниеобратного тока при эл-ком пробое, существование емкости p-n перехода. В завис. от того, какое из свойств p-n перехода используется, ПД могут бытьприменены для целей выпрямления, детектирования, преобразования, усиления игенерирования эл. колебаний, а также для стабилизации напряжения в цепяхпостоянного тока и в качестве переменных реактивных элементов.

В большинстве случаев ПД отличается от симметричного p-n перехода тем, что p- область диода имеет значительнобольшее количество примесей, чем n-область(несимметричный p-n переход), т.е. вэтом случае n- область носит названиебазы диода. При подаче на такой переход обратного напряжения ток насыщениябудет состоять почти только из потока дырок из базы в p- область и будет иметь меньшую величину, чем для симметричногоперехода. При подаче прямого напряжения прямой ток тоже почти полностью будетсостоять из потока дырок из p-областив базу, и уже при небольших прямых напряжениях будет возрастатьэкспоненциально. Уравнение ВАХ p-nперехода имеет вид:

Применение ПД для тех или иных целей определяет требования,предъявляемые к его хар-кам, к величинам преобразуемых мощностей, токов инапряжений. Эти требования могут быть удовлетворены с помощью соответствующеговыбора материала, из кот. изготовляется диод, технологией изготовления p-n перехода и конструкцией диода.

В соответствии с этим ПД разделяются на ряд основных типовыхгрупп. Существующая классификация подразделяет ПД следующим образом:

а) по назначению (выпрямительные, детекторные,преобразовательные, стабилитроны, варикапы и др.);

б) по частотным свойствам (низкочастотные, высокочастотные,СВЧ);

в) по типу перехода (плоскостные, точечные);

г) по исходному материалу (германиевые, кремниевые,арсенид-галлиевые и т.д.);

Кроме того, существует разделение ПД внутри одной группы всоответствии с электрическими параметрами.

Кроме специфических параметров, характеризующих даннуютиповую группу, существуют параметры общие для всех ПД независимо от ихспециального назначения. К ним относятся: рабочий интервал температур, допустимоеобратное напряжение, допустимый выпрямленный ток, допустимая мощностьрассеивания.

Выпр. диод (ВД) применяются для преобразования переменного I НЧ (до 50 кГц) в I одногонаправления (выпрямление переменного I).Обычно рабочие частоты ВД малой и средней мощности (P) не превышают 20 кГц, адиодов большой мощности – 50 Гц.

Возможность применения p-nперехода для целей выпрямления обусловлено его свойством проводить I в одном направлении (I насыщения очень мал).

В связи с применением ВД к их характеристикам и параметрампредъявляются следующие требования:

а) малый обратный ток I0;

б) большое обратное напряжение;

в) большой прямой ток;

г) малое падение напряжения при протекании прямого тока.

Для того чтобы обеспечить эти требования, ВД выполняются изполупроводниковых материалов с большой шириной запрещенной зоны (ЗЗ), что уменьшает обр. I, и большим удельным R, что увеличивает допустимое обр. U. Для получения в прямом направлениибольших I и малых падений U следует увеличивать площадь p-n перехода и уменьшать толщину базы.

ВД изгот-ся из германия (Ge)и кремния (Si) с большим удельным R, причем Si является наиболее перспективным материалом.

Si диоды, врезультате того, что Si имеет большуюширину ЗЗ, имеют во много раз меньшиеобратные I, но большее прямое падениеU, т.е. при равной P отдаваемой в нагрузку, потеря энергииу Si диодов будет больше. Si диоды имеют большие обратные U и большие плотности U в прямом направлении.

Зависимость ВАХ кремниевого диода от температуры (t)показана на рисунке.

Из рис. следует, что ход прямой ветви ВАХ при изменении (t)изменяется незначительно. Это объясняется тем, что концентрация основныхносителей заряда при изменении температуры (t) практически почти не изменяется,т.к. примесные атомы ионизированы уже при комнатной t.

Количество неосновных носителей заряда определяется t ипоэтому ход обратной ветви ВАХ сильно зависит от t, причем эта зависимостьрезко выражена для Ge диодов. ВеличинаU пробоя тоже зависит от t. Эта зависимостьопределяется видом пробоя p-n перехода.При электрическом пробое за счет ударной ионизации возрастает при повышении t.Это объясняется тем, что при повышении t увелич-ся тепловые колебания решетки,уменьш-ся длина свободного пробега носителей заряда и для того, чтобы носительзаряда приобрел энергию достаточную для ионизации валентных связей, надоповысить напряженность поля, т.е. увеличить приложенное к p-n переходу обратное U.При тепловом пробое Uпробпри повышении t уменьшается.

В некотором интервале t для Ge диодов пробой чаще всего бывает тепловым (ширина ЗЗ Ge невелика), а для Si диодов – электрическим. Это определяет значения при заданной t.При комнатной t значения для Geдиодов обычно не превышают 400В, адля Si – 1500В.

рис.1. рис. 2.

Обратная ветвь ВАХ, показанной на рис. 1, т.е. явлениепробоя p-n перехода, можно использоватьдля целей стабилизации U, пользуясьтем обстоятельством, что до тех пор пока пробой носит электрический характер характеристикапробоя полностью обратима. Полупроводник. диоды, служащие для стабилизации U, называются стабилитронами (С).

Как видно из ВАХ, в области пробоя незначительные измененияобратного U приводят к резкимизменениям величины обратного I.

Предположим, что диод, имеющий такую характеристику, включенв простейшую схему, показанную на рис. 2, причем рабочая точка находится в тойобласти ВАХ, где при изменении тока Uпрактически остается постоянным.

В этом случае, если изменяется входное напряжение U, то изменяется I в цепи, но т.к. U надиоде при изменении I остается постоянным(изменяется R диода), то и U в точках а, б – постоянно. Еслипараллельно к диоду к точкам а, б подключить R нагрузки, то U нанагрузке тоже не изменится.

С изготовляются из кремния (Si). Это связано с тем, что в C может быть использована толькоэлектрическая форма пробоя, которая явл. обратимой. Если пробой перейдет в необратимуютепловую форму, то прибор выйдет из строя. Поэтому величина Iобр в C ограниченадопустимой мощностью рассеивания Pрас = Uобр·Iобр.

Т.к. ширина запрещенной зоны Si больше, чем у германия, то для него электрическая форма пробояперейдет в тепловую при больших значениях обратного I – отсюда целесообразность выполнения C из Si. Степень легирования Si,т.е. величина его удельного сопротивления ρ,зависит от величины стабилизируемого U,на которое изготовляется диод. С для стабилизации низких U изгот-ся из Si с малымудельным R; чем выше стабилизируемое R, тем из более высокоомного материалавыполняется диод. Изменение стабилизируемого U от нескольких вольт до десятков вольт может быть достигнутоизменением удельного R Si.

Основным параметром C явл. U стабилизации Uстаби температурный коэффициент U ТКН,характеризующий изменение U на C приизменении температуры (t) на 1˚С, при постоянном токе.

ТКН может принимать, как положит., так и отриц. значения взависимости от влияния t на U пробоя Uпроб. Для низковольтных С,кот. выполняются из низкоомных полупроводников, пробой имеет туннельный характер,а т.к. вероятность туннельного перехода электронов возрастает с увеличением t,т.е. Uпроб падает, то низковольтныеC имеют отриц. ТКН.

Для высокоомных стабилитронов ТКН положителен.

где U – напряж. на диоде, T –температура.

10. Варикап.

Действие варикапов (В) основано на использовании емкостныхсвойств р-п перехода.

Обычно используется зависимость величины барьерной емкости Сзар от U в области обратных напряжений. В общем виде зависимость величинызарядной емкости от U имеет вид;

Сзар≈А(φк-U)-υ,

где А –постоянная,

φк– высота потенциального барьера,

U – внешнеенапряжение,

υ = 1/2 – длярезких переходов,

υ = 1/3 – дляплавных переходов.

<img src="/cache/referats/14735/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> рис. 1.

Эта зависимость изображена на рис. 1, где сплошной линиейпоказана характеристика плавного перехода, а пунктирной – резкого перехода.

(В) могут быть использованы для различных целей как конденсаторыс переменной емкостью. Иногда их используют в параметрических усилителях. Впринципе работы параметрического усилителя лежит частичная компенсация потерь вколебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности L и конденсатора C, припериодическом изменении емкости конденсатора или индуктивности катушки (приусловии, что изменение будет происходить в определенных количественных ифазовых соотношениях с частотой колебаний контура). В этом случае увеличениемощности электрических колебаний (сигнала) происходит за счет энергии того источника,который будет периодически изменять величину реактивного параметра. В качестветакого переменного реактивного параметра и используется В, емкость которогоменяется в результате воздействия гармонического U подаваемого от специального генератора накачки. Если с помощью U и генератора накачки полностьюскомпенсировать все потери контура, т.е. довести его до состояния самовозбуждения,то такая система носит название параметрического генератора.

Очевидно, что в качестве управляемой емкости может работатьлюбой полупроводниковый диод, при условии, что величина его зарядной емкостидостаточно велика. К специальным параметрическим диодам, работающим впараметрических усилителях на высоких и сверхвысоких частотах, предъявляютсяповышенные требования: они должны обладать сильной зависимостью емкости от U и малым значением сопротивлением базыдля повышения максимальной рабочей частоты.

В высокочастотных полупроводниковых диодах так же, как и ввыпрямительных диодах, используется несимметричная проводимость p-n перехода.

Они работают на более высоких частотах, чем выпрямительныедиоды (до сотен МГц), иподразделяются на универсальные и импульсные. Универсальные ВЧ диоды применяютсядля получения высокочастотных колебаний тока одного направления, для полученияиз модулированных по амплитуде высокочастотных колебаний – колебаний с частотоймодуляции (детектирование), для преобразования частоты. Импульсные диодыприменяются как переключающий элемент в импульсных схемах.

При работе полупроводникового диода на высокой частотебольшую роль играет емкость перехода, обусловливающая инерционность диода. Еслидиод включен в выпрямительную схему, то влияние емкости приводит к ухудшениюпроцесса выпрямления

Кроме того, эффективность выпрямления снижается за счеттого, что часть подведенного к p-nпереходу внешнего напряжения падает на сопротивлении базы диода. Отсюда следует,что p-n переходы полупроводниковыхдиодов, работающих на высокой частоте должны обладать малой емкостью и малымсопротивлением базы.

Для уменьшения емкости уменьшают площадь перехода, а дляуменьшения сопротивления базы уменьшают толщину базы.

Требования уменьшения инерционных свойств в.ч. диода и, всвязи с этим уменьшения площади перехода, времени жизни неравновесныхнеосновных носителей заряда и толщины базы становится особенно важным в томслучае, если диод работает в импульсной схеме в качестве переключателя.Переключатель имеет два состояния: открытое и закрытое. В идеальном случае переключательдолжен иметь нулевое сопротивление в открытом состоянии, бесконечно большое – взакрытом, и мгновенно переходить из одного состояния в другое. В реальномслучае при переключении ВЧ диода из закрытого состояния в открытое и обратностационарное состояние устанавливается в течение некоторого времени, котороеназывается временем переключения и характеризует инерционные свойства диода.Наличие инерционных свойств при быстром переключении приводит к искажению формыпереключаемых импульсов.

При изготовлении импульсных диодов в исходный полупроводниквводятся элементы, являющиеся эффективными центрами рекомбинации (Au, Cu,Ni), что снижает время жизнинеравновесных носителей заряда. Толщина n-области(базы) уменьшается до значений меньших, чем значение диффузионной длины пробегадырок Zр. Это одновременно уменьшаети время жизни неравновесных носителей, и сопротивление базы. Конструктивно в.ч.диоды выполняются в виде точечной конструкции или плоскостной с очень малойплощадью перехода.

Бип. тр-ром (БТ) наз-ся электропреобразовательныйполупроводниковый (ПП) прибор, имеющий два взаимодействующих перехода. Тр-рпредставляет собой кристалл ПП, содержащий 3 области с поочередно меняющимисятипами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей различ. БТ типовp-n-p и n-p-n. Принцип действия БТ различных тип. одинаков. Тр-ры получилиназв. бипол., т.к. их работа обеспеч-ся носителями зарядов двух типов основнымии неосновн.

Схематическое устр-во и условн. графич. обознач. p-n-p и n-p-n тр-ров показ. на рис. 1.

рис. 1.

Одну из крайних областей тр-ной структуры создают с повыш.концентрацией примесей, используют в режиме инжекции и наз. эмиттером. Среднюю область наз. базой, а крайнюю обл. – коллектором. Два перехода БТ наз. эмиттерным и коллекторным.

В завис. от того, какой электрод имеет общую точку соедин-ясо вх. и вых. цепями, различ. 3 способа включ. тр-ра: с ОБ, ОЭ и ОК. Электрич.парам-ры и хар-ки БТ существенно различ-ся при разных схемах вкл.

По режимам работы p-nперехода различают 4 режима работы тр-ра:

1. Активный режим– эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт. Этот режим работы явл.обычным усилительным, при котором искажения сигнала min.

2. Режим насыщения– оба перехода откр. Падение U наоткр. эмит. и колл. переходах напр. встречно, однако I в цепи Э-К проходит в одном напр., напр. от К к Э в тр-ре n-p-n типа (рис. 2.а). Тр-р работает вреж. насыщ. при относит. больших токах базы. Инжекции электронов в Б при этомстановится столь сильной, что цепь К становится неспособной извлекатьизбыточные электроны из Б также эффективно, как в активном режиме. Концентрацияэлектронов в Б у колл. перехода становится сравнимой с концентр. их у эмитт.перехода (рис. 2.b), что соотв-ет прямой полярности U на колл. переходе.

рис. 2.

3. Режим отсечкиоба перехода закрыты. Он характ-ся очень малыми I ч/з запертые переходы тр-ра.

4. В инверсном реж.эмитт. переход закр., а колл. откр., т.е. Т вкл. «наоборот»: К работает вкачестве Э, Э в качестве К.

Параметры БТ.

В справочниках приводятся основные и предельные параметрытр-ра.

К основным пар. относятся:

1. Емкость колл. перехода Ск;

2. Коэфф. усиления (передачи) по току h21Э;

3. Обратный Iколл. перехода при включенном эмитт. Iкб0;

4. Предельная частота fa;

5. Сопротивление базы Rб.

13. Статические ВАХ биполярного тр-ра включенного по схеме с ОБ.

Статические хар-ки представляют собой графикиэкспериментально полученных зависимостей между I, протекающими в транзисторе, и U на его p-n-переходе приRн = 0.

Вх. и вых. I и U различны для различных схем включениятранзистора. Каждая из схем включения может быть охарактеризована четырьмясемействами статич. хар-тик. Практически обычно пользуются вх. и вых. характеристикамидля схем с ОБ и ОЭ.

Рассм. ход статических выходных характеристик транзистора,включенного по схеме с ОБ, ход которых показан на рис. 1

рис. 1.

Вид хар-ки, снятой при Iэ=0, соответствует обратнойветви ВАХ одиночного p-n-перехода. Вэтом случае Iк=Iк0,где Iк0– нулевой коллекторный ток.

Если Iэ > 0,то значения I коллектора увеличиваютсяза счет носителей заряда, инжектированных из эмиттера в базу. В этом случаеколлекторный I протекает и при Uкб = 0. Для того,чтобы уменьшить значение колл-го I до0, необходимо подать на колл-ный переход прямое U, при этом потенциальный барьер перехода снизится, и навстречупотоку неосновных носителей заряда потечет поток основных носителей заряда; приравенстве этих потоков колл-ный ток Iкравен нулю.

При увеличении обратного Uна коллекторе снятые хар-ки, имеют небольшой подъем, т.е. Iк, возрастает при увеличении U на коллекторе. Это объясняется тем, что с увеличением обратногоколлекторного U растет ширинаколлекторного перехода (в основном в сторону базы), уменьшается рекомбинациянеосновных носителей в толще базы, уменьшается рекомбинационная составляющая I базы, и I коллектора Iк=Iэ - Iбпри Iэ=const несколькорастет. Хар-ки, снятые ч/з равные интервалы изменения I эмиттера, располагаются неравномерно: чем больше значения I эмиттерного перехода, тем ближе друг кдругу располагаются хар-ки. Это объясняется тем, что возрастание эмиттерного I приводит к увеличению рекомбинации, азначит к уменьшению Iк.

При больших значениях Iкколлекторное напряжение возрастает за счет лавинного умножения носителей зарядав коллекторном переходе.

Большую роль в работе транзистора играет обратныйнеуправляемый I коллекторногоперехода Iк0,кот. явл. частью Iк прилюбом значении Iэ. Т.к. Iк0представляетсобой ток неосновных носителей заряда, число которых непосредственно зависит оттемпературы, то его существование предопределяет температурную нестабильностьработы транзистора.

14. Статические ВАХ бип. тр-ра вкл. по схеме с ОБ.

Рассм. ход статических вх. хар-ик транзистора, вкл. по схемес ОЭ Iб=F(Uбэ)|Uкэ=const.

В этом случае они имеют вид, показанный на рис. 1.

<img src="/cache/referats/14735/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> рис. 1

Рассм. ход хар-ки, снятой при Uкэ=0. Если на коллекторную p-область подан нулевой, а на базовую n-область – отрицательный потенциал (т.е. |Uкэ| < |Uбэ|),то коллекторный переход находится под прямым U, и через него протекает диффузионная составляющая I (ток основных носителей заряда),которая замыкается через базу.

Через эмиттерный переход, на кот. от батареи подается прямоеU, также протекает диффузионнаясоставляющая I, причем, т.к. подача Uкэ=0 для схемы с ОЭ означаеткороткое замыкание между колл. и эмитт., Iэмиттера тоже замыкается через базу. При изменении Uбэ каждый из этих токов изменяется в соответствии сходом прямой ветви ВАХ p-n-перехода.В базовом выводе эмиттерный и коллекторные токи протекают в одном направлении,т.е. Iб = Iэ + Iки вх. хар-ка, снятая при Uкэ = 0,представляет собой прямую ветвь ВАХ двух параллельно включенных p-n-переходов.

Если вх. хар-ка снимается при каком-то значении обратногоколлекторного U |Uкэ| > |Uбэ|,то на коллекторный переход подается обратное U. В этом случае Iколлектора меняет свое направление, Iэмиттера замыкается через цепь коллектора, и I базы является суммой двух противоположно направленных составляющих,рекомбинационной и тока I’к0.

При Uбэ=0рекомбинационная составляющая тока базы Iэ(I-α())=0 и в цепи базы протекаеттолько ток I’к0.После того, как на эмиттерный переход подано прямое напряжение Uбэ>0, появляютсяэмиттерный ток и рекомбинационная составляющая тока базы по величине меньшая,чем ток I’к0. Вцепи базы протекает разностный ток. При увеличении Uбэ рекомбинационная составляющая растет, разностный токI’к0 - Iэ(I-α())уменьшается, и при Iэ(I-α())=I’к0ток базы равен нулю. При дальнейшемувеличении Uбэ ток базыменяет свое направление, и в цепи базы протекает разностный ток уменьшается ипри Iэ(I-α())-I’к0.

При увеличении обратного Uколлекторного перехода вх. хар-ки сдвигаются от начала координат вправо и вниз.

Сдвиг хар-стик вниз объясняется тем, что значения I’к0растут приувеличении обратного напряжения коллекторного перехода т.к. расширение переходав сторону базы уменьшает рекомбинацию, в результате чего, увеличиваетсякоэффициент передачи эмиттерного тока α(),и значения I’к0растут.

Сдвиг хар-стик вправо объясняется тем, что уменьшениерекомбинационной составляющей тока базы и равенство Iэ(I-α())=I’к0достигаетсяпри больших значениях Uбэ.

15. Динамический режим работы биполярного транзистора.

При работе транзистора с нагрузкой имеет место взаимноевлияние друг на друга токов Iэ,Iк, Iб. Этот режим носит название динамического, а его характеристики – динамических.

Рассмотрим динамический режим транзистора, работающего посхеме с ОЭ (рис.1).

<img src="/cache/referats/14735/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1048"> рис. 1.

При работе транзистора совместно с нагрузкой Rн, включенной в цепь коллектора, напряжениеисточника питания Екраспределяется между нагрузкой и переходом коллектор-эмиттер (Uкэ): Ек=Uкэ+Iк·Rн, поэтому токколлектора изменяется

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

6 задач по теории электрических цепей

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

AVR микроконтроллер AT90S2333 фирмы Atmel

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

Bachelor

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике

Cкремблирование и дескремблирование линейного сигнала

1 Сентября 2013