51. Подвижность носителей заряда и её зависимость от температуры
Подвижность носителей заряда — отношение скорости направленного движения носителей заряда в веществе под действием электрического поля к напряжённости этого поля. Определяет способность электронов и дырок( квазичастица, носитель положительного заряда, равного элементарному заряду в полупроводниках) в металлах и полупроводниках реагировать на внешнее воздействие.
Размерность подвижности м2/(В·с) или см2/(В·с) где В – вольт и с – секунда
В газе подвижность ионов и электронов обратно пропорциональна давлению газа, массе частиц и их средней скорости; подвижность электронов в несколько тысяч раз превосходит подвижность ионов. 2) В твердом теле подвижности электронов проводимости и дырок зависят от процессов их рассеяния на дефектах и колебаниях решетки. 3) В растворах подвижность ионов определяется формулой U = Fu, где F — постоянная Фарадея, u — скорость движения иона (в см/с) при напряженности электрического поля 1 В/см; она зависит от природы иона, а также от температуры, диэлектрической проницаемости, вязкости и концентрации раствора.
В анизотропной среде
(неодинаковость свойств среды, например,
физических: упругости, электропроводности,
теплопроводности, показателя преломления,
скорости звука или света и др. по различным
направлениям внутри этой среды)
подвижность связывает компоненты
дрейфовой скорости 
с
компонентами электрического поля 
В простейшем случае изотропной и однородной среды можно записать
В модели Друде дрейфовая скорость с концентрацией определяют ток в системе
И подвижность оказывается связанной с проводимостью системы
Для подвижности
известно также следующее выражение,
получаемое из кинетического уравнения
в приближении времени релаксации :
где 
—
эффективная масса носителей.
При низких температурах преобладает рассеяние на примесях и подвижность изменяется согласно выражению
где a - параметр полупроводника.
При повышении температуры скорость носителей заряда возрастает, приводя к уменьшению времени нахождения носителя заряда под влиянием поля рассеивающих заряженных примесных атомов. Таким образом, подвижность увеличивается.
При высоких температурах преобладает рассеяние на тепловых колебаниях решетки
|
9 |
где b параметр полупроводника.
При увеличении температуры поперечное сечение объема, в котором колеблется атом решетки, увеличивается и таким образом вероятность рассеивания носителя заряда становится больше.
В примесном полупроводнике проявляются обе составляющие, и зависимость подвижности от температуры определяется выражением
|
52-53. ВАХ транзистора в схеме ОБ. ВАХ транзистора в схеме ОЭ
ВАХ (вольтамперная характеристика); ОЭ (общий эмиттер); ОБ (общая база); ОК (общий коллектор)
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Обозначение биполярных транзисторов на схемах
Схемы включения
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх
Схема включения с общей базой
Усилитель с общей базой.
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.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
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.
Схема включения с общим эмиттером
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
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
Схема с общим коллектором
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
Большое входное сопротивление
Малое выходное сопротивление
Недостатки:
Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»
а) Схема с ОБ б) Схема с ОЭ в) Схема с ОК