Вопрос 12.

В схеме с общим эмиттером (ОЭ) входное напряжение подается в базу, а выходное снимается с коллектора. Эмиттер является общим контактом, относительно которого задаются входное и выходное напряжения. При уменьшении входного напряжения потенциал в базе (p-слой) уменьшается, поэтому эмиттерный переход закрывается и ток коллектора уменьшается. При увеличении входного напряжения потенциал в базе возрастает, следовательно эмиттерный переход открывается сильнее и ток коллектора возрастает. Таким образом, в схеме с общим эмиттером увеличение входного напряжения приводит к увеличению выходного тока, а уменьшение входного напряжения – к уменьшению выходного тока.

Вопрос 13.

В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рис. 4.6.

В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно поэтому каскады с транзисторами, включёнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.

Вопрос 14.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода.ВАХ.

Это зависимость постоянного тока через пн-переход от постоянного напряжения обратный ток мал и практически не меняется.

При прямом включении ток резко возрастает.P-n переход обладает несимметричными свойствами плохо проводит обратный ток и хорошо прямой.

Температурные свойства.С ростом температуры происходит увеличение как прямого тока, так и обратного.Возрастает количество энергии передаваемой атому, значит увеличивается концентрация свободных носителей заряда.

Увеличение обратного тока заметно,тк он основан неосновными носителями заряда.Увеличение прямого тока не заметно, тк он основан основными носителями заряда.

Емкостные свойства.

Емкостные свойства проявляются при переменном токе.

При обратном включении через p-n- переход напряжение падает на высоком сопротивлении пн-перехода.P-n-переход подобен обычному плоскому конденсатору, где p и n как обкладки, а p-n переход диэлектрик.При прямом напряжении проявляется диффузионная емкость p-n перехода. Величина ее немного больше барьерной.

Вопрос 15.

В ПТ с индуцированным каналом токопроводящий канал, как элемент конструкции, изначально отсутствует. Области стока и истока отделены друг от друга изолирующими слоями pn-переходов. Очевидно, что приложенное между этими выводами напряжение не вызовет появление тока. Поскольку сток и исток в рассматриваемом примере имеют n-проводимость, для протекания между ними тока необходимо создать канал с таким же типом проводимости. Для создания такого канала к затвору прикладывают положительный, по отношению к подложке, потенциал.В образовавшемся электронном поле неосновные носители заряда подложки - электроны - устремляются к слою диэлектрика, отделяющему подложку от затвора, и под этим слоем образуется область с повышенной концентрацией электронов.Дырки, наоборот, отталкиваются от положительно заряженного затвора, и в результате этих процессов между стоком и истоком образуется канал с проводимостью n-типа, который мы называем «индуцированный» или «проведенный».

При появлении такого канала между стоком и истоком оказывается возможным протекание тока.

Вопрос 16.К эмиттеру транзистора, включённого по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал. Входным током каскада является ток базы транзистора, а выходным током – ток эмиттера.

С нагрузочного резистора, включённого последовательно с выводом эмиттера, снимают выходной сигнал. Вход каскада обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, т.е. отсутствует его инверсия. Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название – эмиттерного повторителя. Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключён по схеме с общей базой.

17. Вольт-амперная характеристика(сокращенно ВАХ) – это график, показывающий зависимость тока, протекающего через p-n–переход, от величины и полярности приложенного к нему внешнего напряжения Uвнеш.

Вольт-амперная характеристика идеализированного p-n-перехода – это ВАХ такого перехода, у которого сопротивление областей полупроводника за пределами запирающего слоя, т.е. Rn и Rp, равны нулю.

18.КОНЦЕНТРАЦИЯ- величина, определяющая отношение кол-ва компонента (числаатомов или молекул, массы, числа молей) к объёму всей системы  (двух или многокомпонентного вещества сплава, раствора, хим. соединения, механич. смеси)

Для полупроводника n-типа справедливо следующее неравенство: Nn>>Pn, где N – концентрация электронов в полупроводнике n-типа; P – концентрация дырок в полупроводнике n-типа

19. Взаимодействие электрона и дырки может приводить к их рекомбинации, в результате которой электрон возвращается в валентную зону, а энергия, затраченная на переброс электрона из валентной зоны в зону проводимости, выделяется в виде излучения или тепла. Если полупроводник находится в равновесных условиях, то число носителей заряда, возникающих в нем в результате тепловой генерации, равно числу носителей, исчезающих в результате рекомбинации и равновесная концентрация носителей не изменяется. 

 На рис. 12 показаны две возможные схемы рекомбинации. Левая схема соответствует случаю, когда свободные электрон и дырка непосредственно рекомбинируют, сталкиваясь друг с другом, это так называемая межзонная рекомбинация. Она доминирует в том случае, когда концентрации свободных электронов и дырок велики, что имеет место в узкозонных материалах. В таких материалах как Ge, Si, GaAs доминирует рекомбинация через промежуточный уровень ловушки (правая схема на рис.12).

 При рекомбинации через промежуточный уровень ловушка сначала захватывает носитель одного знака, предположим электрон (1), и заряжается отрицательно (2). Затем она захватывает носитель другого знака - дырку (3), которая рекомбинирует с локализованным электроном и переводит ловушку вновь в нейтральное состояние Рис. 12. Схемы рекомбинации электронов и дырок: межзонная (а) и чрез рекомбинационный уровень ловушки (б).

 Таким образом, переход электрона из зоны проводимости в валентную зону происходит в два этапа: I - из зоны проводимости на рекомбинационный уровень, II - с рекомбинационного уровня в валентную зону (см. верхний рисунок).

Механизмы рекомбинации могут быть различны (рис. 2).

Межзонная, или непосредственная, рекомбинация происходит при переходе свободного электрона из зоны проводимости в валентную зону на один из свободных энергетических уровней, что соответствует исчезновению пары носителей заряда — свободного электрона и дырки. Однако такой процесс межзонной рекомбинации маловероятен, так как свободный электрон и дырка должны оказаться одновременно в одном и том же месте кристалла. Кроме того, должен выполняться закон сохранения импульса, т. е. рекомбинация электрона и дырки возможна только при одинаковых, но противоположно направленных импульсах электрона и дырки. Поэтому, например, в германии на 10 тыс. рекомбинаций лишь одна происходит в результате межзонной рекомбинации.

 

 

Рис. 2. Различные механизмы генерации и рекомбинации носителей заряда:

а) межзонная генерация и рекомбинация; б) генерация и рекомбинация с участием пустых рекомбинационных ловушек; в) генерация и рекомбинация с участием заполненных электронами рекомбинационных ловушек; --------- условное обозначение генерации; — — — — условное обозначение рекомби­нации. Цифры означают этапы процессов генерации и рекомбинации

20. Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

Рис. 4. Симметричные триггеры: а — с непосредственной связью между каскадами; б — с резистивной связью

21. В состоянии термодинамического равновесия процессы генерации и рекомбинации носителей заряда взаимно уравновешены. Но при этом генерация является ведущим в этом единстве и связана с воздействием энергетических факторов: теплового хаотического движения атомов кристаллической решетки (тепловая генерация), поглощенных полупроводником квантов света (световая генерация) и других. Так как полупроводник всегда находится под действием всех этих факторов или хотя бы одного ( ), генерация носителей происходит непрерывно. Рекомбинация представляет собой внутреннюю реакцию системы на появление и возрастание числа носителей. Именно рекомбинация, противодействуя накоплению носителей, обусловливает равновесные концентрации электронов  и дырок .

В зависимости от источника дополнительной энергии различают:

1. Тепловая генерация – происходит при воздействии теплового хаотического движения атомов кристаллической решетки.  . Идет и в собственном и в примесном полупроводниках. С ростом температуры концентрация возрастает экспоненциально.

2. Фотогенерация (световая) – происходит при воздействии поглощенных полупроводником квантов света (это может быть рентгеновское или  -излучение). Должны выполняться условия  в собственном полупроводнике или  в примесных полупроводниках.

3. Ударная ионизация – лавинное размножение носителей. В сильных полях  ( для кремния) на длине свободного пробега электрон проводимости е^- (или дырка проводимости е⁺) набирают дополнительную энергию, достаточную для ионизации атомов примеси или собственных атомов полупроводника. 

4. Полевая генерация – электрическое поле срывает е^- с внешних оболочек атомов. Возникает при  в/см.

Если в ограниченный участок объема полупроводника ввести избыточные концентрации электронов и дырок, тогда в полупроводнике возникнет электрическое поле Е, под влиянием которого избыточные, заряды будут покидать тот объем, в который они были введены. Изменение их концентрации определяется из уравнения непрерывности, которое для данного случая имеет вид

;  ,

где  — изменение напряженности электрического поля Е по геометрической координате х;  и  — подвижность электронов и дырок.

22.КОНЦЕНТРАЦИЯ- величина, определяющая отношение кол-ва компонента (числаатомов или молекул, массы, числа молей) к объёму всей системы  (двухили многокомпонентного вещества сплава, раствора, хим. соединения, механич. смеси)

Для полупроводника р-типа справедливо следующее неравенство:Pp>>Np, где P -концентрация дырок в полупроводнике р-типа; N – концентрация электронов в полупроводнике р-типа.

24.Диффузия процесс переноса материи илиэнергии из области с высокой концентрацией в  область с низкой концентрацией. Факторы, влияющие на скорость диффузии, объединены в законе Фика. Он гласит, что скорость диффузии пропорциональна следующему выражению:

Плотность потока молекул j - это отношение числа молекул dN, прошедших за время dt через площадку , расположенную перпендикулярно движению молекул, к dt и , т.е.:

Опытным путем установлено, что в случае, когда n = n(z):

здесь D - коэффициент диффузии, его размерность 

       - градиент концентрации молекул (при n = n(z)).

Приведенная связь плотности потока молекул с градиентом концентрации носит название закона Фика. Здесь записан закон Фика для случая, когда концентрация n зависит только от одной пространственной переменной z.

25)Зонная теория строения веществ. Зонная теория твёрдого тела- квантово-механическая теория движения электронов в твёрдом теле. при образовании твердого тела каждый энергетический электронный уровень в атомах расщепляется на ряд близких подуровней, объединенных в энергетическую полосу или зону. Все электроны, находящиеся в данной зоне, обладают очень близкими энергиями.  На близких к ядру орбитах электроны неспособны оторваться от ядра. Наивысшая из разрешённых энергетических зон в полупроводниках и диэлектриках, в которой при температуре 0 К все энергетические состояния заняты электронами, называется валентной зоной, следующая за ней —зоной проводимости. В металлах зоной проводимости называется наивысшая разрешённая зона, в которой находятся электроны при температуре 0 К. нижний слой, в котором имеются свободно перемещающиеся электроны, принято называть зоной проводимости .

26)Закон Дрейфа СНЗ- При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Среднюю скорость   дрейфа можно оценить из следующих соображений. За интервал времени Δt через поперечное сечение S проводника пройдут все электроны, находившиеся в объеме  . -средняя скорость дрейфа электронов. v_сред - средняя скорость,e - заряд электрона, E - электрическое поле, t - время , m – масса.

27)Процессы инжекции и экстракция в полупроводниковых приборах. Инжекция — физическое явление, наблюдаемое в полупроводниковых или гетеропереходах, при котором при пропускании электрического тока в прямом направлении через p-n-переход в прилежащих к переходу областях создаются высокие концентрации неравновесных («инжектированных») носителей заряда. Явление инжекции лежит в основе работы многих полупроводниковых приборов: диодов, биполярных транзисторов, тиристоров, инжекционно-пролетных диодов, светодиодов и полупроводниковых инжекционных лазеров.  Экстракция - слаботоковое явление на обратной ветви ВАХ.  Экстракция неосновных носителей обратно смещённым обеднённым слоем используется в коллекторах биполярных транзисторов. При слабых токах область инжекции простирается, как и область экстракции, примерно на длину диффузии неосновных носителей.

28)ПТ МДП с ВК. В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3). Формулы расчёта   в зависимости от напряжения U_ЗИ

1. Транзистор закрыт 

Пороговое значение напряжения МДП транзистора 

2. Параболический участок. 

-удельная крутизна передаточной характеристики транзистора.

3. Дальнейшее увеличение   приводит к переходу на пологий уровень.

 — Уравнение Ховстайна.

29)варикап — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др. Варикапы используются, в основном, в радиоприёмных узлах телевизоров, приёмников и радиотелефонов для настройки на частоту передатчика. 

30)ПТ с управляющим p-n-переходом. Полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, усилительное свойство которого обусловлено потоком основных носителей, проте­кающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. состоит из полупро­водникового токопроводящего канала с двумя выводами и управляюще­го электрода (затвора), стока и истока. Существует два типа полевых транзисторов: ПТ с управляющим PN- переходом, в этом транзисторе изоляцией между каналом и управляющим электродом служит PN-переход и МДП или МОП-транзисторы, в которых в качестве изоляции используется диэлектрик. Полевой транзистор с управляющим p – n переходом представляет собой пластину из полупроводникового материала, имеющего электропроводность определенного типа, от которого сделаны два вывода – сток – исток. Вдоль пластины выполнен электрический переход (p-n переход или барьер Шотки), от которого сделан третий вывод – затвор. Для включения транзистора напряжение Uси прикладывают так, чтобы между стоком и истоком протекал ток, а напряжение, приложенное к затвору, смещает его в обратном направлении.

31)ПТ МДП с ИК.  При напряжениях на затворе, больших U_ЗИпор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом. В связи с тем, что затвор отделён от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти всё напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряжённости электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда — дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счёт энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нём подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии.

32)динистор- это тиристор, который имеет только два вывода, называющиеся анодом и катодом.( Тиристоры - это общее название четырехслойных и пятислойных полупроводниковых приборов, имеющих структуру типа P-N-P-N или P-N-P-N-P.) Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода..динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах, предназначенных для ламп дневного света, энергосберегающих лампах. -условное граф.обозн.на схеме

33. Биполярный транзистор - электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей. Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

34. Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

35. 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. Частотный диапазон выпрямительных диодов невелик. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, предельная частота выпрямительных диодов не превышает 20 кГц. По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности (Iпр.ср. ≤ 0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А < Iпр.ср. < 10 А) и мощные (силовые) диоды (Iпр.ср. ≥ 10 А).

36. Светодио́д или светоизлучающий диод— полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

37. Фоторезиистор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.

Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи.

38. Схема включения с общей базой (ОБ) обеспечивает отличную частотную характеристику. Но не дает такого большого усиления сигнала по напряжению как с ОЭ. А усиление по току не происходит совсем, поэтому данную схему часто называют токовый повторитель, потому что она имеет свойство стабилизации тока

.

Биполярный транзистор имеет две ВАХ (вольт амперные характеристики): входную и выходную.

Входная ВАХ – это зависимость тока базы (IБ) от напряжения база-эмиттер (UБЭ).

Выходная ВАХ – это зависимость тока коллектора (IК) от напряжения коллектор-эмиттер (UКЭ).

39. Дифференциальный каскад – это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью.

В общем случае дифференциальный каскад имеет два входа и два выхода, напряжения на которых Uвх1, Uвх2, Uвх1, Uвх2 отсчитываются от общей точки.

Различают синфазные и дифференциальные входные сигналы. Когда уровни сигналов на обоих входах равны (Uвх1 = Uвх2 = Uвх сф), такие сигналы называют синфазными. Роль синфазных сигналов обычно играют помехи. Если источник сигнала включен между входами ДК, то такой сигнал называют дифференциальным (разностным) Uвх д = Uвх1 – Uвх2. При дифференциальном включении входной сигнал делится пополам между одинаковыми транзисторами VТ1 и VТ2, причем составляющие напряжений на входах ДК относительно общей точки противоположны по знаку.

40. Усилитель постоянного тока (УПТ) — электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает нулевую частоту (постоянный ток).

На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин УПТ можно применять к любому усилителю, способному работать на постоянном токе.

41. Импульсный стабилизатор напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме^[1], то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением, а значит может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.

42.Cтабилитрон используется для стабилизации напряжения (например, в стабилизированных источниках питания).

Стабилитрон, обозначение

Включение стабилитрона

Включение стабилитрона

Включение стабилитрона (его ещё называют диод Зенера) показано на рисунке. Включение стабилитрона на первый взгляд нелогично.Стабилитроны разработаны таким образом, чтобы включались как бы "наоборот". При подаче на них обратного напряжения происходит "пробой" и напряжение между их выводами остаётся неизменным. Последовательно обязательно должен быть включён резистор для ограничения проходящего тока через стабилитрон и обеспечения падения "лишнего" напряжения от выпрямителя.