Лекция 13моп (мдп)
МОП – транзистор с изолирующим затвором по сравнению с полевым транзистором отличаются наличием между металлическим затвором и областью полупроводника слоя диэлектрика. В качестве диэлектрика используется SiO2 (МОП структура) МДП со встречным каналом.
При изготовлении МОП структуры в качестве транзисторов используется слаболегированная кремневая пластина Р или N – типа, при окислении на поверхности пластины образуется слой SiO2 (0,2 ~ 0,3 мкм)
В теле подложки создаются сильно легированные области имеющие проводимость противоположного типа. Подложка в рабочем режиме соединяется с затвором и может служить и дополнить управляющий электрод.
Вольтамперная характеристика МОП транзистора со встроенным каналом можно записать: Ic = f (Uзи) Uсн = const
Ic = f (Uси) Uзи = const
Ток стока будет протекать даже при нулевом смещении затвора т.е. Uзи = 0. Если к затвору относительно истока приложить отрицательное напряжение, то дырки из подложки будут втягиваться в канал, а электроны вытягиваться. Проводимость канала части основных носителей уменьшится. Ток стока уменьшится (режим обеднения).
При Uзи = Uзо естественный канал исчезает и Iс = 0.
Положенное смещение затвора вызывает приток в канал основных носителей и ток стока возрастает (режим обогащения).
При отсутствии смещение на затворе канал отсутствует. (Iс = 0)
При положительном, относительно истока, U на затворе, в поверхностном слое между истоком и стоком, из-за наличия диэлектрика, происходит явление инверсии, образуется тонкий канал инверсного слоя.
Проводимость для основных носителей заряда увеличится с ростом напряжения на затворе. Если к стоку приложить напряжение той же полярности, то Iс увеличится с увеличением напряжения Uзи.
Uпорога – напряжение отсечки, при этом напряжение транзистора закрыто. Отсутствие тока стока при Uзи = 0 и одинаковая полярность на затворе Iс.
МОП с индуктивным каналом благоприятен для построения высокоэкономичных импульсных схем.
Лекция 14Тиристоры Это полупроводниковый прибор с двумя устройствами имеющие 3 и более P – N перехода, и который может переключиться из закрытого состояния в открытое.
Графическое обозначение:
Структурная схема тиристора и диристора.
Четырехслойная структура P1-N1-P2-N2 соединения двух транзисторов в одном приборе.
ВАХ диристора и тиристора (общая)
I´´´y
> Iy
Если ток управления Iд = 0 (диристорный режим). При диристорном режиме включение тиристора и малых внешних напряжений. Iанода мало чем отличается от теплового Iко.
Приложенное напряжение Uанода (U между анодом и катодом) небольшое. Ua < Uпереключения
Допереходы Р1 и Р3 смещаются в прямом направлении, а Р2 в обратном. При отсутствии внешнего напряжения (Ua) в P – N переходе возникают потенциальные барьеры, как у диода или биполярного транзистора.
Потенциальные барьеры снижаются при прямом смещении перехода (Р1 и Р3), ток переходов определяется неосновными носителями зарядов, а так же эффектом лавинного размножения носителей заряда в обратно смещенном переходе Р2.
Iобщ = Iко/1-α1-α2
Iко – сумма тока термогенерации и теплового тока в Р2.
α1 и α2 – коэфиценты передачи токов от Р1 и Р3 к Р2
При увеличении анодного напряжения Iобщ растет, т.к. увеличивается смещение переходов Р1 и Р3.
Когда внешнее напряжение Ua становится Uпереключения, внутренне положенная связь вызывает лавинообразный процесс инжекции основных процессов. Резкое увеличение концентрации электронов и дырок в Р2 приводит к быстрому снижению напряжения обратного смещения перехода Р2, следовательно и уменьшению напряжения Uа на всем приборе. Это значит что ВАХ тиристора имеет участок отрицательного сопротивления (аb участок). Рабочий участок (bd) когда ток ограничивается только сопротивлением нагрузки. Для выключения тиристора нужно уменьшить прямой ток Ia что бы его значение не больше тока включения Iвкл (точка С), или приложить к структуре тиристора напряжение обратной полярности. При смещении тиристора в обратном направлении ВАХ имеет такой же вид как и у диода (ОЭ).
Напряжение переключения можно уменьшить если в цепь примыкающей к переходу Р2 внести от внешнего источника дополнительное число носителей заряда за счет тока управления (тиристорный режим).
Iтир(общ) = (Iко + α2 · Iупр)/1-α1-α2
Лекция 15Статические характеристики тиристора
1. Номинальный
прямой ток
характеризует
допустимый нагрев диода при номинальных
условиях отвода тепла до номинальной
температуры.
2. Номинальное
прямое падение напряжения на тиристоре
при
.
3. Обратное номинальное напряжение (допустимое).
4. Напряжение переключения – минимальное напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое.
5. Ток выключения – минимальный прямой ток поддерживающий тиристор в открытом состоянии.
6. Ток удержания – минимальный прямой ток который протекает через тиристор при разомкнутой цепи управления, т. е. не включает его.
Динамические характеристики тиристора
1. Время включения
тиристора – промежуток времени между
подачей импульса управления и моментом
когда прямое напряжение
уменьшается
до 10% своего начального значения.
2. Время выключения
– минимальный промежуток времени между
моментом прохождения прямого тока
через ноль и повторно приложенным
напряжением которое не вызывает включения
тиристора.
3. Скорость нарастания прямого анодного тока и допустимая скорость нарастания прямого анодного напряжения.
4. Импульсы управления – должен выбираться коротким, однако длительность импульсов должна быть больше времени включения тиристора.
Минимальная длительность управляемого импульса лежит в пределах 15 ÷ 20 миллисекунд.
Важнейшими задачами являются:
- увеличение надёжности
- уменьшение габаритов, массы
- уменьшения потребляемой энергии
Существует четыре поколения аппаратов электронной техники:
1. Электронная лампа
2. Открытие нового усилительного элемента (транзистора).
3. Создание микроэлектронного функционального узла – полупроводниковая интегральная микросхема.
Все активные и пассивные элементы и их соединения созданы виде сочетания p-n переходов в одном исходном полупроводниковом материале.
4. Создание больших интегральных микросхем (БИС) (500 и более элементов)
В зависимости от технологии различают два типа интегральных схем.
1 – интегральные микросхемы (ИС)
2 – гибридные интегральные микросхемы (ГИС)
Классификация микросхем по выполнению технологии
1. Полупроводниковые
2. Гибридные
3. Прочие
1. Аналоговые
2. Цифровые (логические)
Аналоговые микросхемы – преобразуют параметры электрических сигналов или энергии по закону непрерывной функции.
Цифровые (на входе 0 на выходе 1) – это ключи имеющие в общем случае m ≥ 1 и n ≥ 1
Методы создания p-n переходов
1. Сплавная – когда p-n переход получается путём плавления акцепторного элемента в пластину германия или кремния n-типа.
2. Диффузионная – используется для изготовления кремневых диодов средней и большой мощности. Исходным материалом является кремний n-типа. Для создания p слоя используют диффузию акцепторов элементов Br или Al.
Диффузия – взаимное проникновение. Этот метод даёт высокую точность воспроизведения глубины p слоя, требуемых параметров диодов.
Лекция 16Усилители электрических сигналов
Усилители электрических сигналов нужны для повышения мощности входного электрического сигнала.
Uвых =А·sin(ω0·t+φ0)
Классификация
1. Усилитель с источником напряжения. 2. Усилитель с источником тока.
Основные параметры
Коэффициент усиления – определяет отношение напряжения или тока (мощности) на выходе усилителя к напряжению или току (мощности) на его входе, т. е. определяет увеличение выходного сигнала по сравнению с входным.
В соответствии с назначением усилителя различают:
коэффициент усиления по напряжению
коэффициент усиления по току
коэффициент усиления по мощности
если усилитель имеет n каскадов, то
Кобщ=К1· К2·…· Кn=
При большом числе каскадов Кобщ получается грамоздким и неудобным в в обращении параметром, тогда используется логарифмическая шкала
КU(gδ)=20·lg
=20·lg
КU
КI(gδ) =20·lg КI
Кp(gδ) =10·lg Кp
Для n каскадного усилителя
Кобщ(gδ)
=