Одиннадцатый билет

11.Контакт р- и n- полупроводников (p-n переход). Равновесное состояние.

Впростейшем смысле p-n переход это структура (неоднородный полупроводник) состоящая из контактирующих p и n полупроводников. В точном смысле p - n переход это узкая область в зоне контакта p

иn полупроводников, характеризующаяся наличием объемного заряда нескомпенсированных ионов примесей, сильного поля, контактной разности потенциалов и пониженной концентрацией свободных носителей заряда. Поэтому, иногда, p-n переход называют областью пространственного заряда (ОПЗ) или обедненной областью.

Слаболегированная сторона несимметричного p-n перехода называется база, а сильнолегированная - эмиттер. P-n переход называется ступенчатым, если акцепторная примесь в p полупроводнике и донорная примесь в n полупроводнике распределены однородно, и, поэтому, переход от p полупроводника к n полупроводнику резкий (ступенчатый).

Ступенчатый p-n переход является теоретически простейшим, идеальным p-n переходом. При приложении прямого напряжения («+» источника смещения к p - области) в p-n переходе уменьшается электрическое поле и потенциальный барьер. Соответственно, уменьшается объемный заряд и ширина обедненного слоя.

При приложении обратного напряжения поле, объемный заряд и ширина обедненной области увеличиваются. Так как, концентрация примеси в базе меньше чем в эмиттере, то и ширина обедненного слоя в базе диода больше чем в эмиттере. Обычно разница в уровнях легирования базы и эмиттера составляет два и более порядка. Поэтому, обедненная область лежит преимущественно в базе диода.

Равновесное состояние - это состояние, при котором диффузионный и дрейфовый токи равны, то есть полный ток через p-n переход равен нулю.

26. Шумы электронных приборов.

Помимо полезных (управляющих) сигналов, на схемы всегда воздействуют паразитные сигналы, обусловленные внешними электромагнитными помехами или же внутренними процессами, например, связями через общий источник питания. Поэтому рабочие сигналы должны превышать уровень помех, а к малым паразитным сигналом схема должен быть по возможности нечувствительна, т.е. не должна реагировать на них так, как она реагирует на полезный сигнал.

Помехоустойчивость принято измерять абсолютной величиной сигнала (обычно в вольтах), который, например, еще не вызывает ложного отпирания или запирания ключа. Помехоустойчивость по отношению к сигналам положительной и отрицательной полярности может быть существенно разной.

41.Особенности схемотехники цифровых интегральных схем.

Воснове цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи аналоги металлических контактов. Ключи характерны двумя устойчивыми состояниями: разомкнутым и замкнутым. На основе простейших ключей строятся более сложные схемы: логические, бистабильные, триггерные и др.

Особенность ЦИС – использование ключей одного типа во всех её частях. Для ЦИС характерен специфический набор главных параметров:

1.​ Скорость изменения состояния ключей, которое определяет быстродействие (частоту fс) ЦИС. Чаще всего быстродействие оценивается средним временем переключения t:

t = (t01 + t10) / 2

2.​ Энергопотребление ключей оценивается средней потребляемой мощностью Р ключом в состояниях 0

и 1.

3.​ Главным критерием качества ключей ЦИС является средняя энергия переключения Pt – энергия, затрачиваемая на одно изменение состояния ключа.

4.​ Зная Pt можно оценить среднюю потребляемую мощность ЦИС в целом. Так как вся потребляемая электрическая энергия переходит в тепловую, т.е. рассеивается в виде тепла, эту мощность называют рассеиваемой мощностью Ррасс. Очевидно, что Ррасс пропорциональна Pt, количеству ключей m и количеству их переключений в секунду, т.е. тактовой частоте fC:

Ррасс = Pt · m · fC

5.​ Особенностью ЦИС является также высокая помехоустойчивость

Очевидно, что если напряжение, которое отличает нулевое состояние от единичного выбрано правильно, а именно U1/2, то помеха ошибок не вызывает.

56. Аналого-цифровые интегральные схемы. АЦП и ЦАП.

Разнообразный класс образуют дискретно-аналоговые ИС. В таких ИС сигналы на входах и выходах могут быть и цифровыми, и аналоговыми. Типичными задачами, решаемыми дискретно-аналоговыми ИС, являются преобразование цифрового сигнала в аналоговый и обратное преобразование. Первые из них получили название цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Вторые – аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Схема основывается на инвертирующем включении ОУ с ООС. Входное четырёхразрядное двоичное число определяет состояние ключей схемы – замкнутое или разомкнутое. В общем случае, поскольку при четырех ключах возможны 16 состояний схемы,

Uвых ≈ Uоп (Rn / R0)*z, где z = 0, 1, 2…15.

Точность преобразования двоичного кода в аналоговое напряжение зависит, главным образом, от точности и стабильности опорного напряжения, точности и стабильности отношений сопротивлений резисторов схемы. Последнее обеспечивается сильной корреляцией параметров элементов ИС.

На выходе ЦАП напряжение будет не чисто аналоговым, а ступенчатым. Более точное приближение к аналоговому сигналу достигается увеличением разрядности ЦАП, т.е. увеличением числа ключей и резисторов схемы.

Здесь ОУ выполняют функцию компаратора. Если напряжение на неинвертирующем входе ОУ больше, чем на инвертирующем, выходное напряжение положительное и считается логической единицей, т.е. х = 1. В противном случае х = 0.

На все неинвертирующие входы АЦП подаётся входное напряжение Uвх. На инвертирующие входы подаются напряжения с резистивного делителя напряжения. Эти напряжения зависят от опорного напряжения Uоп и от точки подключения входов к делителю (чем ниже по схеме, тем меньше). Поэтому при любом мгновенном значении Uвх часть компараторов выработает 1, другая часть – 0. Происходит преобразование аналогового входного напряжения в некоторое двоичное четырёхразрядное (в данном случае) число.