Восьмой билет

8. Барьерная и диффузионная ёмкость.

Область пространственного заряда (ОПЗ) p-n перехода - это потенциальный барьер, содержащий объемный заряд. Он является эквивалентом конденсатора и обладает барьерной емкостью. Так как толщина ОПЗ p-n перехода увеличивается при обратном смещении, то барьерная емкость уменьшается за счет условного «увеличения расстояния между обкладками эквивалентного конденсатора».

При прямом смещении толщина обедненного слоя уменьшается и барьерная емкость увеличивается. Перезарядка барьерной емкости определяет частотные свойства p-n перехода.

При прямом токе в базу диода инжектируются неосновные носители. Их рекомбинация требует времени, так как характерное время жизни неосновных носителей порядка τ ≈ 10 -9 с. Накопленный заряд неосновных носителей придает дополнительную инерционность p-n переходу, характеризуемую, так называемой, диффузионной емкостью.

На эквивалентной схеме диода ее изображают как обычный конденсатор, но она существует только при прямом смещении. Ее величина пропорциональна прямому току и времени жизни неосновных носителей.

23. Импульсные свойства МДП и биполярных транзисторов. Временные диаграммы.

МДП: Инерционность МДП-транзисторов по отношению к быстрым изменениям управляющего напряжения Uзи обусловлена двумя факторами: перезарядом емкости затвор-исток Cзи и перезарядом межэлектродных емкостей.

Если ток Iс возрастает скачком, то напряжение Uс, а значит, и ток во внешней цепи, будут нарастать плавно — по мере перезаряда межэлектродных емкостей. Скорость этого перезаряда зависит от внешних сопротивлений, т. е. не определяется свойствами собственно транзистора.

БТ: Предполагается, что ток эмиттера изменяется скачкообразно. Наличие задержки при изменении тока iк, характеризуемой временем задержки tз, объясняется тем, что электроны, инжектированные эмиттером, достигают коллектора спустя некоторое время.

Плавное нарастание тока коллектора в течение так называемого времени нарастания tн объясняется хаотичностью движения электронов и их различной средней скоростью.

38. Пассивные элементы интегральных схем.

На этом рисунке изображен фрагмент ИС с МДП-конденсатором. Как и в обычном конденсаторе, верхней «обкладкой» является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами. Как и в обычном конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO2. Затем следует нижняя «обкладка» в виде n+-слоя.

Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость С: C = εε0S/d

В ИС можно изготовить так называемый диффузионный резистор. Его рабочей частью является р-слой. Как и у обычного резистора, сопротивление определяется свойствами токопроводящей части и её размерами: R = ρL / S.

Размеры такого элемента, как и всех других элементов ИС, очень ограничены. Поэтому сопротивление диффузионного резистора не превышает десятков килоом, что чаще всего недостаточно много.

Название такого резистора связано с изготовлением его рабочей части с помощью диффузии примеси.

53. Операционный усилитель. Коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление, частотные характеристики.

Операционный усилитель (ОУ) — это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов.

Операционный усилитель — унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока, удовлетворяющий следующим требованиям к электрическим параметрам:

1.​ Коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности (KU→∞); 2.​ Входное сопротивление стремится к бесконечности (Rвх→∞);

3.​ Выходное сопротивление стремится к нулю (Rвых→ 0); 4.​ Uвх = 0 →Uвых = 0;

5.​ Бесконечная полоса усиливаемых частот (fв→∞)

ОУ содержит 2 – 3, реже 4, дифференциальных усилительных каскада, включённых последовательно. Этим достигается практически неограниченная величина коэффициента усиления Ku, достигающая 106.

Наличие дифференциального входа позволяет применять дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения.

Полоса пропускания определяется видом частотной характеристики ОУ, т. е. зависимостью его усиления от частоты входного сигнала. Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой fпр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления.