Электронный вариант конспекта по дисциплине «Электронные приборы»
Преподаватель Сабчук Н.С.
Содержание:
Электропроводность полупроводников. 4
Собственная электропроводность п/п. 6
Основы квантовой статистики 8
Примесные п/п. 11
Электронно-дырочный переход 14
P-n – переход при приложении прямого напряжения. 16
Плотность диффузионного тока. 18
Плотность дрейфового тока. 18
P-n-переход под обратным внешним напряжением 21
Различные виды переходов 23
Пробой p-n-перехода. 28
Ёмкости p-n-перехода 30
Полупроводниковые диоды 30
Выпрямительные диоды 35
Параллельное соединение диодов 37
ВЧ - и СВЧ – диоды 39
СВЧ – диоды 41
Стабилитроны и стабисторы 44
Варикапы 46
Транзисторы 48
Биполярные транзисторы 48
Режимы работы. 51
Токи в транзисторе 52
Схемы включения биполярного транзистора 52
Транзистор как ЧП 61
Параметры БТ в схеме с ОБ 66
Параметры БТ в схеме ОЭ 67
Параметры БТ в схеме с ОК 69
Режим большого сигнала 70
Особенности транзисторов на ВЧ при малых сигналах 70
Эквивалентная схема транзистора 71
Полевые транзисторы 75
Транзисторы, управляемые с помощью p-n перехода или барьера Шоттки 75
ПТ с изолированным затвором. 77
Принцип работы ПТ с индуцированным каналом. 79
ПТ со встроенным каналом. 80
Туннельный диод 81
Токи в ТД 82
Тиристоры 83
П1 П2 П3 83
p1 n1 p2 n2 83
+ - 83
U 83
Динисторы. 83
Переход П2 обычно считается коллекторным переходом. Динисторы можно рассматривать как два включённых навстречу друг другу транзистора. 83
I p1 n1 p2 83
I 83
n1 p2 n2 83
U 83
Предположим, что к динистору подключено внешнее напряжение. В этом случае переходы П1 и П3 находятся под прямым смещением, а коллекторный переход П2 – под обратным. Почти всё внешнее напряжение падает на коллекторном переходе П2. Через прибор протекает обратный ток Iк0 обратно смещённого перехода П2. Величина тока очень мало растёт с увеличением напряжения. В этом режиме мало меняется концентрация основных носителей в Б с увеличением напряжения. Приток дырок в Б n1 эмиттера p1 будет примерно равен притоку дырок через К-переход П2 в область p2. Избыточные дырки из области p2 через переход П3 уходят в область n2 и частично компенсируются встречным потоком электронов из этой области. 83
I IV 84
Iвыкл III 84
I U 84
Тринисторы 85
П1 П2 П3 85
p1 n1 p2 n2 85
I б0=0 85
I б2 85
Схема тринисторного однополупериодного выпрямителя 85
Симисторы 87
+ Eу- I 87
УЭ СЭУ П0 n0 УЭ СЭУ Iу=0 87
Фотоэлектронные приборы 89
Фотоэлемент 90
Светодиоды 95
Диод 98
Устройство и принцип действия 98
Статические параметры диода 100
Статические параметры триода 103
Тетроды 104
Пентоды 105
Электронно-лучевые приборы 106
Принципы управления электронным лучом 107
Осциллографические трубки с электростатической фокусировкой и отклонением 109
Приложение 1: «Телевизоры на ЖК-панелях» 111
Электропроводность полупроводников.
При сближении атомов твёрдых тел энергетические уровни внешней валентной области атомов расщепляются, образуя валентную зону, а уровни возбуждения – зону проводимости.
Если валентная зона частично заполнена электронами или перекрывается с зоной проводимости, образуя непрерывную совокупность близко расположенных дискретных уровней, также не полностью занятых электронами, то твёрдое тело называется металлом. Оно обладает хорошей проводимостью, т.к. электроны могут менять своё энергетическое состояние за счёт внешнего электрического поля (э.п.).
Если заполненная валентная зона отделена от зоны проводимости запрещённой зоной 0,5-3 эВ, то такие материалы называются полупроводниками (п/п). За счет тепловой энергии электроны валентной зоны могут преодолеть запрещённую зону и частично заполнить зону проводимости. При этом появляется возможность изменить энергетическое состояние электронов за счёт э.п. в обеих зонах. Электропроводность незначительная.
Твёрдые тела, у которых валентная зона отделена от зоны проводимости запрещённой зоной более 3 эВ, называются диэлектриками.
Собственный п/п – не имеющий примесей.
В качестве исходного материала для изготовления п/п электрических приборов служит монокристаллический кремний, германий, арсенид галлия.
Характерные особенности п/п:
Уменьшение удельного сопротивления с повышением температуры;
Удельное сопротивление уменьшается при введении примесей.
Рассмотрим строение атомов и кристаллической решётки п/п.
Атом п/п, как и любого вещества, состоит из ядра и электронов, которые вращаются вокруг него.
Число электронов равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
qe=1.6*10-19 Кл
Ядро содержит кроме нейтронов положительно заряженные протоны, заряд которых равен заряду электронов. В целом атом электрически нейтрален.
Чем дальше от ядра удалена орбита электрона, тем большей энергией обладает электрон, т.к. для его перевода на более высокую орбиту требуется преодолеть притяжение электрона к ядру атома.
Согласно квантовой теории электрон обладает свойствами волны и частицы. Длина волны электрона:
=h/mv
где h– постоянная Планка
m– масса электрона
v– скорость электрона.
В атоме, согласно принципу Паули, не может быть двух электронов, находящихся в одинаковых состояниях. Их энергетические уровни, по которым они движутся, определяются главным квантовым числомn=1,2,3…, которое характеризует длину орбиты, чтобы в ней укладывалось целое число длин волн электронов.
L
= n
Различие в уровнях проявляются в форме орбиты (круговая, эллиптическая), в разных соотношениях осей эллипса или в разной направленности вытянутости орбит, а также в направлении спина.
На каждой электронной оболочке может разместиться только определённое число электронов:
N=2n2
Si,
+14 Ge, +32
Валентные электроны во всех телах образуют межатомные связи, которые могут быть 3 типов:
Ионная связь (NaCl) – самая сильная;
Металлическая связь (за счёт электронного газа) – самая слабая;
Ковалентная связь (образуется за счёт создания пары электронов, принадлежащих одновременно двум атомам).
При создании молекулы водорода атомы связываются в одно по той причине, что взаимоотталкивание положительных ядер уравновешивается притяжением со стороны отрицательно заряженных электронов, вращающихся между двумя ядрами (2)).
1) 2)
Плоскостное изображение кристаллической решётки п/п (1)):
заряд всех атомов +4; между каждыми двумя атомами находится по два электрона.