2) Физическая т-образная эквивалентная схема с общим эмиттером

Основные параметры эквивалентной схемы транзистора выражаются через конструктивно-технологические параметры следующим образом:

Величины коэффициентов α, r_э, r_к, μ_эк для биполярного транзистора лежат в пределах:

α = 0,95÷0,995, r_э = 1÷10 Ом, r_к = 10÷10⁶ Ом, μ_эк = 10^-3÷10^-5.

3) Классификация интегральных схем

Интегральные микросхемы, в зависимости от технологии изготовления, могут быть полупроводниковыми, пленочными или гибридными.

Полупроводниковая микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочных являются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы.

Различие между тонкопленочными и толстопленочными микросхемами может быть количественным и качественным. К тонкопленочным условно относят микросхемы с толщиной пленок менее 1 мкм, а к толстопленочным – микросхемы с толщиной пленок свыше 1 мкм.

Гибридная микросхема – микросхема, содержащая, кроме элементов, простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем). Одним из видов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые.

Билет № 13

Контакт металл-полупроводник

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 1) работа выхода электронов из металла AM меньше, чем работа выхода из полупроводника An, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители заряда (электроны), и этот слой становится обогащенным, т. е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом. Подобный же невыпрямляющий диод получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 2) , если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла.

В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление. Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от n- и p-областей. Для этой цели подбирают соответствующие металлы.

Иными свойствами обладает переход, показанный на рис. 3 . Если в контакте металла с полупроводником n-типа An<AM, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями, и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается довольно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно меняться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В. Шотки и теперь барьеры в таких переходах именуются барьерами Шотки, а диоды с этим барьером - диодами Шотки.

Схема замещения транзистора эквивалентным 4-х полюсником. Связь h-параметров с физическими

Физический смысл h-параметров: h₁₁ =  u₁/i₁ – входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; h₁₂ = u₁/u₂ - коэффициент обратной связи по напряжению; h₂₁ = i₂/i₁-коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе; h₂₂ = i₂/u₂ - выходная проводимость при холостом ходе на входе. 

Пленочные ИС. Гибридные ИС

Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло,

керамика и др.). Пассивные элементы, т. е резисторы, конденсаторы,

катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы. Принято различать ИС тонкопленочные, у которых толщина пленок не более 2 мкм, и толстопленочные, у которых толщина пленок значительно больше. Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения. Широкое распространение получили гибридные ИС – интегральные схемы, в

которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа.Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры. Разновидность гибридных ИС – так называемые микросборки. Обычно в их составе различные элементы, компоненты и интегральные схемы. Особенность микросборок состоит в том, что они являются изделиями частного применения, т. е. изготовляются для конкретного типа аппаратуры. А обычные ГИС представляют собой изделия общего применения, пригодные для различных видов аппаратуры. Иногда микросборками также называют наборы нескольких активных или пассивных элементов, находящихся в одном корпусе и имеющих самостоятельные

выводы. Иначе эти наборы еще называют матрицами.

Билет № 14

Выпрямительные диоды

Выпрями́тельные дио́ды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришли диоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты (четыре диода в одном корпусе). Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров выпрямительных диодов не предъявляют специальных требований.

Основные параметры выпрямительных диодов:

среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;

средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;средний прямой ток Iпр.ср.;

частота без снижения режимов.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Основные характеристики полевых транзисторов

1.Управляющие (стокозатворные) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора и представляют собой зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянстве напряжения стока:

2.Выходные (стоковые) характеристики.

Семейство этих характеристик представляет собой зависимость тока стока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:

Полупроводниковые ИС

Интегральная схема, в к-рой все элементы (транзисторы, резисторы, конденсаторы и др.), а также межэлементные соединения выполнены в объёме и на поверхности монокристаллич. ПП пластины (преим. из кремния) одновременно в одном технологич. цикле. П. и. с. изготовляют, как правило, методами планарной технологии сиспользованием эпитаксии, диффузии, ионного легирования, фотолитографии, нанесения тонких металлич. плёнок и т. д., что обеспечивает достаточно высокую плотность их упаковки. Осн. недостатки П. и. с. - малые номин. значения параметров пассивных элементов, а также их низкая температурная стабильность.

Билет № 15

Классификация диодов

Выпрямительный диод использует вентильные свойства p–n–перехода и применяется в выпрямителях переменного тока. Выпрямительный диод представляет собой электронный ключ (ЭК), управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении диод замкнут, при обратном – разомкнут. Стабилитрон применяется в нелинейных цепях постоянного тока для стабилизации напряжения. Для стабилизации высокого напряжения (U > 3B) используют обратную ветвь (участок АВ) ВАХ. Применяемые для этой цели диоды называют стабилитронами. Варикап – полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости зарядной емкости СЗАР от значения приложенного напряжения. Это позволяет применять варикап в качестве элемента с электрическим управлением емкости. Диод Шотки – полупроводниковый диод с низким падением напряжения на открытом диоде – 0,3 В. Время восстановления обратного сопротивления tBC составляет величину порядка 100 пс, что значительно меньше у обычных диодов. Кроме применения в цифровых схемах, диоды Шотки применяются в схемах вторичных источников электропитания с целью снижения статических и динамических потерь в выходных каскадах.

Зависимость коэффициента усиления тока транзистора от частоты

Амплитудно-частотная характеристика усилителя на биполярном

транзисторе определяется как частотными свойствами транзистора, так и частотными зависимостями внешних RC-цепей. Зависимость коэффициента усиления по току биполярного транзистора от частоты определяется параметрами его структуры и свойствами полупроводникового материала, из которого он изготовлен.

Существование этой зависимости связано с двумя принципиально

различными факторами:

а) процессами диффузионного движения носителей в базе

транзистора от эмиттера к коллектору;

б) совокупным влиянием емкости коллекторного перехода и

сопротивления базы.

Совмещенные ИС

Интегральная схема, в к-рой все активные элементы (напр., диоды, транзисторы) выполнены в объёме и на поверхности ПП подложки по пленарной технологии, а пассивные элементы (напр., резисторы, конденсаторы) и межэлементные соединения нанесены в виде плёнок на поверхность сформированной монолитной структуры. По сравнению сполупроводниковыми интегральными схемами С. и. с. имеют больший диапазон номин. значений и более высокую стабильность пассивных элементов; однако достоинства С. и. с. достигаются за счёт увеличения числа технологич. операций и нарушения единства технология, цикла. По степени интеграции С. и. с. приближаются к ПП ИС.

Билет № 16

Выпрямительные диоды

Выпрями́тельные дио́ды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришли диоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты (четыре диода в одном корпусе). Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров выпрямительных диодов не предъявляют специальных требований.

Основные параметры выпрямительных диодов:

среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;

средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;средний прямой ток Iпр.ср.;

частота без снижения режимов.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Основные характеристики полевых транзисторов

1.Управляющие (стокозатворные) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора и представляют собой зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянстве напряжения стока:

2.Выходные (стоковые) характеристики.

Семейство этих характеристик представляет собой зависимость тока стока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:

Транзисторы с инжекционным питанием

Транзисторы с инжекционным питанием – класс полупроводниковых приборов, появившихся в результате раз­вития интегральной технологии. На их основе выполняются экономичные логические элементы, запоминающие устройства, аналого-цифровые преобразователи и т.д. Компоненты, выпол­ненные на основе биполярных транзисторов с инжекционным питанием, имеют высокую степень интеграции, потребляют малую мощность, нормально функционируют при изменениях в широких пределах напряжения питания и потребляемой мощности, хорошо согласуются с существующими устройства­ми, построенными на биполярных транзисторах. Отличительной особенностью биполярных транзисторов с инжекционным питанием является наличие дополнительной области с электропроводностью того же типа, что и у базы транзистора, и, следовательно, дополнительного p-n-перехода. Дополнительная область носит название инжектора.

Билет № 17

Соединение вентилей

При приложении к ветви последовательно включенных вентилей обратного напряжения   через нее протекает обратный ток  , который является общим как для вентиля _VD1, так и для вентиля _VD2. В соответствии с приведенными вольт-амперными характеристиками, по известному значению тока вентиля   можно определить величину напряжения, приходящегося на каждый из приборов.

При приложении к параллельно включенным вентилям _VD1  и  _VD2 прямого напряжения (полярность указана на рис) через них протекают прямые токи   и  . При этом прямое падение напряжения   является одинаковым как для вентиля _VD1, так и для вентиля _VD2. В соответствии с приведенными вольт-амперными характеристиками, по известному значению падения напряжения на вентиле ( ) можно определить величины прямых токов  , протекающих через каждый вентиль.

Дрейфовый транзистор

Транзистор, в котором движение носителей заряда вызывается главным образом дрейфовым полем. Это поле создаётся неравномерным распределением примесей в базовой области прибора. Оно ускоряет движение неосновных носителей к коллектору, повышая коэффициент усиления и предельную рабочую частоту. Метод диффузии имеет несколько модификаций, по наименованию которых и различают типы Д. т.: диффузионно-сплавной, конверсионный, планарный, планарно-эпитаксиальный, меза. Д. т. изготовляют главным образом на основе монокристаллов германия и кремния. Д. т. применяют для усиления и генерирования колебаний с частотами от сотен кгц до нескольких Ггц и коммутации сигналов в электронных устройствах.

Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвует только один вид носителей.Стрелка указывает направление от слоя р к слою п (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть существенно меньше 1 мкм.

Билет № 18

Стабилитрон, ВАХ, схема включения

Cтабилитрон используется для стабилизации напряжения.

Включение стабилитрона на первый взгляд нелогично. Стабилитроны разработаны таким образом, чтобы включались "наоборот" и при подаче на них обратного напряжения происходил "пробой" и напряжение на их контактах оставалось неизменным. Последовательно с ним обязательно должен быть включен резистор для ограничения проходящего тока через стабилитрон.

Зависимость коэффициента усиления тока транзистора от частоты

Амплитудно-частотная характеристика усилителя на биполярном

транзисторе определяется как частотными свойствами транзистора, так и частотными зависимостями внешних RC-цепей. Зависимость коэффициента усиления по току биполярного транзистора от частоты определяется параметрами его структуры и свойствами полупроводникового материала, из которого он изготовлен.

Существование этой зависимости связано с двумя принципиально

различными факторами:

а) процессами диффузионного движения носителей в базе

транзистора от эмиттера к коллектору;

б) совокупным влиянием емкости коллекторного перехода и

сопротивления базы.

Совмещенные ИС

Интегральная схема, в к-рой все активные элементы (напр., диоды, транзисторы) выполнены в объёме и на поверхности ПП подложки по пленарной технологии, а пассивные элементы (напр., резисторы, конденсаторы) и межэлементные соединения нанесены в виде плёнок на поверхность сформированной монолитной структуры. По сравнению сполупроводниковыми интегральными схемами С. и. с. имеют больший диапазон номин. значений и более высокую стабильность пассивных элементов; однако достоинства С. и. с. достигаются за счёт увеличения числа технологич. операций и нарушения единства технология, цикла. По степени интеграции С. и. с. приближаются к ПП ИС.

Билет № 19