26. Шумы электронных приборов.

Шумы в электронных приборах — это колебания токов и напряжений, которые накладываются на полезный сигнал, ухудшая соотношение сигнал/шум

Тепловой (джонсоновский) шум возникает в любых проводниках и резисторах из-за теплового движения носителей заряда.

Дробовой шум появляется в приборах, где ток формируется переносом зарядов — через потенциальные барьеры (p-n-переходы).

Шум типа 1/f (фликкер-шум) наиболее существен на низких частотах. Его природа связана с поверхностными эффектами, генерацией-рекомбинацией носителей в полупроводниках и неоднородностями материалов.

Генерационно-рекомбинационный шум характерен для полупроводников и обусловлен случайными изменениями концентрации носителей

Уровень шумов является критическим параметром для усилителей слабых сигналов, измерительных систем и аналого-цифровых преобразователей. Для его снижения применяют температурную стабилизацию, выбор низкошумящих элементов (полевых транзисторов вместо биполярных на входных каскадах), оптимизацию режимов работы и схемные методы (симметричные схемы, корреляционная обработка).

27. Компьютерное моделирование диодов и транзисторов

Компьютерное моделирование полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов) основывается на создании математических моделей, которые описывают физические процессы в структурах и позволяют рассчитывать их характеристики без изготовления реальных образцов.

1. Уровни моделирования

• Технологическое (TCAD): Моделирование процессов изготовления (диффузия, ионная имплантация). Позволяет получить распределение примесей в кристалле.

• Физико-топологическое: Решение системы фундаментальных уравнений полупроводников (уравнения Пуассона, уравнения непрерывности для электронов и дырок). Это наиболее точный уровень, учитывающий геометрию прибора.

• Схемотехническое (SPICE-модели): Описание прибора как совокупности идеализированных электрических компонентов (источников тока, емкостей, резисторов). Используется для проектирования электронных схем.

2. Моделирование диодов

Математическая модель диода в программах типа SPICE базируется на уравнении Шокли, дополненном параметрами неидеальности:

• Статическая модель: Описывает ВАХ с учетом тока насыщения ( ), коэффициента неидеальности ( ) и объемного сопротивления базы ( ).

• Динамическая модель: Учитывает барьерную емкость ( ) при обратном смещении и диффузионную емкость ( ) при прямом. Моделируется также время восстановления обратного сопротивления ( ).

3. Моделирование биполярных транзисторов

Наиболее распространенной является модель Эберса-Молла, которая представляет транзистор в виде двух встречно включенных диодов (эмиттерного и коллекторного) и двух источников тока, управляемых токами этих диодов.

• Учитываются коэффициенты передачи тока ( и ).

• Более сложные модели (например, Гуммеля-Пуна) учитывают эффект Эрли (изменение ширины базы), модуляцию сопротивления базы и зависимость коэффициента усиления от тока.