5.Прямое и обратное включение электронно-дырочного перехода

При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.

Повышенная диффузия носителей зарядов через переход привод к повышению концентрации дырок в области n-типа и электронов в области p-типа. Такое повышение концентрации неосновных носителей вследствие влияния внешнего напряжения, приложенного к переходу, называется инжекцией неосновных носителей. Неравновесные неосновные носители диффундируют вглубь полупроводника и нарушают его электронейтральность. Восстановление нейтрального состояния полупроводника происходит за счет поступления носителей зарядов от внешнего источника. Это является причиной возникновения тока во внешней цепи, называемого прямым.

При включении p-n-перехода в обратном направлении внешнее обратное напряжение создает электрическое поле, совпадающее по направлению с диффузионным, что приводит к росту потенциального барьера и увеличению ширины запирающего слоя. Все это уменьшает диффузионные токи основных носителей. Для неосновных носителе поле в p-n-переходе остается ускоряющим, и поэтому дрейфовый ток не изменяется.

Таким образом, через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном током дрейфа неосновных носителей. Поскольку количество дрейфующих неосновных носителей не зависит от приложенного напряжения (оно влияет только на их скорость), то при увеличении обратного напряжения ток через переход стремиться к предельному значению IS , которое называется током насыщения. Чем больше концентрация примесей доноров и акцепторов, тем меньше ток насыщения, а с увеличением температуры ток насыщения растет по экспоненциальному закону.

6. Свойства электронно-дырочного перехода (http://sobiratel.ks8.ru/osnovi7.htm )

7.Процесс пробоя и его виды.

Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (необратимый). Сущность электрического пробоя состоит в том, что под воздействием сильного электрического поля электроны освобождаются от ковалентных связей и получают энергию, достаточную для преодоления высокого потенциального барьера. Двигаясь с большой скоростью в р-n-переходе, электроны сталкиваются с нейтральными атомами и ионизируют их, в результате появляются новые электроны и дырки. Этот процесс носит лавинообразный характер и приводит к резкому увеличению обратного тока.

Если не ограничить обратный ток (например, включив последовательно с переходом резистор), то электрический пробой перейдет в тепловой. Увеличение обратного тока приводит к увеличение температуры и к дальнейшей генерации носителей. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к изменению структуры кристалла, выводя его из строя.

8.-//-

В зависимости от области применения полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы:выпрямительные,универсальные,импульсные,сверхвысокочастотные,стабилитроны,варикапы,туннельные,обращенные,фотодиоды,светоизлучающие диоды,генераторы шума,магни тодиоды.

9-//-

Выпрями́тельные дио́ды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды применяются в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов. В зависимости от значения максимального выпрямляемого тока различают выпрямительные диоды малой мощности (Iпр max ≤0,3 А), средней мощности (0,3 А<Iпр max ≤10 А) и большой мощности (Iпр max>10 А)\

10 -//-

По приведенным ВАХ видно, что обратный ток кремниевых диодов значительно меньше обратного тока германиевых диодов. Существенным недостатком германиевых диодов является их высокая чувствительность к кратковременным импульсным перегрузкам. Точка, в которой отсутствует зависимость прямого напряжения от температуры (т.е. эта зависимость меняет знак), называется точкой инверсии. У большинства диодов малой и средней мощности допустимый прямой ток, как правило, не превышает точки инверсии, а у мощных диодов допустимый ток может быть выше этой точки.

11. -//-

С табилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на обратной ветви ВАХ которого в области электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока. Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 2.5‑1. Как видно, в области пробоя напряжение на стабилитроне (Uст) лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации (Iст). Такая характеристика используется для получения стабильного (опорного) напряжения.

стабилитронах могут возникать два вида электрического пробоя: туннельный (зенеровский) пробой — для диодов с Uст>5 В, лавинный пробой — для диодов с Uст>7 В. В интервале 5...7 В возникает смешанный вид пробоя.

Независимо от напряжения стабилизации и существующего вида пробоя, в различной литературе (особенно в зарубежной)стабилитроны часто называют по имени первооткрывателя туннельного пробоя — зенеровскими диодами или просто зенерами (Zeners).

С уществующие стабилитроны имеют минимальное напряжение стабилизации примерно до 3 В. Для получения меньшего напряжения стабилизации используется прямая ветвь ВАХ p-n-перехода (рис. 2.5‑2), а полупроводниковые приборы, реализующие такую функцию называются стабисторами. В области прямого смещения p-n-перехода напряжение на нем имеет значение 0,7...2 В и мало зависит от тока. В связи с этим стабисторы позволяют стабилизировать только малые напряжения (не более 2 В). Помимо кремниевых стабисторов, хорошие показатели реализуемы у приборов, изготовленных из селена (селеновые стабисторы).

12 -//-

Б И ПОЛЯРНЫЙ транзистор Биполярные транзисторы представляют собой несколько более сложную структуру, имеющую в своем составе не один, а два p-n-перехода и позволяющую не просто различать электрические сигналы по их полярности, но и усиливать их. Область, в которой порождается поток носителей зарядов (на рис. 1.1,а изображена слева), называется эмиттером (Э). Средняя область, через которую происходит управление этим потоком, носит название базы (Б). И, наконец, третья область, в которую поступает урезанный управляемый поток, называется коллектором (К). В качестве исходного полупроводникового материала при производстве транзисторов чаще всего используются: кремний (Si), германий (Ge), арсенид галлия (GaAs) или фосфид индия (InP)

Классификация и система обозначений биполярных транзисторов

По мощности, рассеиваемой коллекторным переходом, транзисторы бывают: малой мощности P < 0,3 Вт; средней мощности 0,3 Вт < P < 1,5 Вт; большой мощности P > 1,5 Вт.

По частотному диапазону транзисторы делятся на: низкочастотные   < 3 МГц; среднечастотные 3 МГц <   < 30 МГц; высокочастотные 30 МГц <   < 300 МГц; сверхвысокочастотные   > 300 МГц.

Для маркировки биполярных транзисторов используется буквенно-цифровая система условных обозначений согласно ОСТ 11.336.038-77. Обозначение биполярных транзисторов состоит из шести или семи элементов.

Первый элемент – буква или цифра, указывающая исходный материал: Г(1) – германий, К(2) – кремний, А(3) – арсенид галлия.

Второй элемент – буква, указывающая на тип транзистора: Т – биполярный, П – полевой.

Третий элемент – цифра, указывающая на частотные свойства и мощность транзистора (табл. 1)

Таблица 1

Частота

Мощность

	малая	средняя	большая
Низкая	1	4	7
Средняя	2	5	8
Высокая	3	6	9

Четвертый, пятый, (шестой) элементы – цифры, указывающие порядковый номер разработки.

Шестой (седьмой) элемент – буква, указывающая на разновидность транзистора из данной группы. Примеры обозначения транзисторов: КТ315А; КТ806Б; ГТ108А; КТ3126.

13 -//-

Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.

Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

14-//-Характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ

Входной характеристикой является зависимость:

IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const (а).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКБ) при IЭ = const (б).

Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется. Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

15 -//- ОЭ

Входной характеристикой является зависимость:

IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const (б).

Выходной характеристикой является зависимость:

IК = f(UКЭ) при IБ = const (а).

Достоинства:

Большой коэффициент усиления по току

Большой коэффициент усиления по напряжению

Наибольшее усиление мощности

Можно обойтись одним источником питания

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

16 -//-

Для расчета малосигнального режима в электронной цепи, в котором рассматриваются только переменные составляющие токов и напряжений, используются схемы замещения транзистора

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, не зависимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;

сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:

rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;

rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;

rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h11 = Um1/Im1 при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h12 = Um1/Um2 при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h21 = Im2/Im1 при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h22 = Im2/Um2 при Im1 = 0.

17 -//- усилительный режим

между режимом насыщения и режимом отсечки должен существовать какой-то промежуточный режим — например, когда лампочка на рис. 6.4 го­рит вполнакала. Действительно, в некотором диапазоне базовых токов (и со­ответствующих им базовых напряжений) ток коллектора и соответствующее ему напряжение на коллекторе будет плавно меняться. Соотношение между токами здесь будет определяться величиной коэффициента усиления по току для малого сигнала, который по некоторым причинам обозначается весьма сложно: Лгь (на западе— Лрн). В первом приближении Агь можно считать равным коэффициенту р, хотя он всегда больше последнего. Учтите, что в справочниках иногда приводятся именно Лгь, а иногда р, так что будьте вни­мательны. Разброс //213 для конкретных экземпляров весьма велик (и сама ве­личина сильно зависит от температуры), поэтому в справочниках приводят граничные значения (от и до).

18 -//-

На частотные свойства транзисторов большое влияние оказывают емкости эмиттерного и коллекторного р–n переходов. С увеличением частоты емкостное сопротивление уменьшается и возрастает их шунтирующее действие. ухудшения работы транзистора на высоких частотах

является отставание по фазе переменного тока коллектора от переменного тока эмиттера. Это обусловлено инерционностью процесса прохождения носителей заряда через базу, а также инерционностью процессов накопления и рассасывания зарядов в базе.

Наиболее часто для работы при повышенных температурах применяются кремниевые транзисторы. Предельная рабочая температура у этих приборов составляет 125 ... 150°С в то время как для германиевых транзисторов – около 60С.

Следует подчеркнуть вполне очевидную вещь, что чем тоньше база, тем в меньшей степени искажается сигнал на выходе и допускается работа транзистора на более высоких частотах. Поэтому, чем более высокочастотный транзистор, тем тоньше у него должна быть база.

19 -//-

полевой транзистор с управляющим переходом. В качестве основного рабочего элемента этого полевого транзистора выступает определенной длины полупроводник с электропроводностью либо p-, либо n-типа. К противоположным концам такого полупроводника подводится внешнее напряжение, что приводит к появлению в нем потоков зарядов и, соответственно, к протеканию через полупроводник некоторого тока. Чтобы сделать возможным управление потоком зарядов в полупроводниковую структуру, так же как и в случае с биполярным транзистором, вводится небольшая область с противоположным основному типом электропроводности

Электронно-дырочный переход, образованный между областью затвора транзистора и каналом называется управляющим переходом (УП) Кроме этого, сам управляющий переход может исполняться не только как обычный p-n-переход между полупроводниками, отличающимися только типом проводимости, но и как переход типа металл–полупроводник (переход Шоттки) или как гетеропереход (переход между полупроводниками из различных исходных материалов).

20 -//-

МДП-транзисторы со встроенным каналом— канал выполнен путем физического внедрения между стоком и истоком области с соответствующей электропроводностью

Н екоторая особенность МДП-транзисторов заключается в наличии самостоятельной области подложки. Иногда вывод от этой области выполняется отдельно (рис. 2-1.4), что позволяет управлять через него некоторыми характеристиками прибора, но гораздо чаще он соединяется с истоком внутри корпуса транзистора. Это приводит к тому, что между выводами истока и стока как бы возникает диод, образованный p-n-переходом между подложкой и стоком. Важным свойством полевых транзисторов (и особенно, МДП-транзисторов) является их повышенная чувствительность к статическому электричеству…. Как видно из названия, в таких транзисторах область затвора не имеет непосредственного электрического контакта с основной полупроводниковой структурой, в которой расположен канал протекания потока зарядов. Сам затвор выполняется из металла и его воздействие на канал обусловлено только возможностью создания в полупроводнике некоторых электрических полей, образуемых вблизи затвора при приложении к нему внешних напряжений