шпори2 / 50-54

50

51 Початок

52 Початок

50. Контакт двох напівпровідників. Електроно-дірковий перехід (p-n – перехід). Фізична модель p-n -переходу. Методи одержання p-n – переходів. Рівноважний стан p-n – переходу.

Якщо ми з'єднаємо два н-п з різним типом провідності то у них має бути однаковий рівень Фермі. Носії, що переходять з зони в зону називаються неосновними носіями струму.

Після утворення р-n переходу і виникнення деякої контактної різниці потенціалів UK установлюється теплова рівновага, при якій результуючий струм через р-n перехід стає рівним нулю. Це означає, що в умовах теплової рівноваги імовірність проходження носіїв заряду через р-n перехід в обох напрямках стає однаковою. Отже, енергетичні діаграми n - і р - областей напівпровідника в процесі встановлення теплової рівноваги повинні зміститися відносно один одної так., щоб рівень Фермі був постійним по всьому переході,. При цьому енергетична діаграма р - п переходу має вид, показаний на рисунку

Різниця мінімальних енергій електрона в зонах провідності р - і n - області дорівнює еφк, тобто визначається контактною різницею потенціалів. Концентрація електронів у зоні провідності n- області виявляється вище, тому що мінімальна енергія, якою повинні володіти електрони в цій зоні, нижче, ніж у зоні провідності р – області. Щоб перейти в зону провідності напівпровідника р - типу, електрону напівпровідника n - типа необхідно зробити роботу еφк. Таку ж роботу повинні виконати дірки для переходу з валентної зони напівпровідника р - типа у валентну зону напівпровідника n - типа.

Висота потенційного бар'єра в р-n переході визначається положенням рівня Фермі в n- і р- областях, тобто, концентрацією домішок

В результаті контакту двох напівпровідників з різним типом провідності або величинами провідності утворюється p-n перехід в якому існує внутрішнє дифузійне електричне поле. Якщо концентрація домішки в одній області значно вища чим в іншій то такий перехід називається різко-несиметричним. p-n – перехід виконаний на основі одного напівпровідника, але з різними значеннями питомої провідності називається ізотипним. Якщо концентрація домішок однакова то такий p-n – перехід називається симетричним. Якщо p-n – перехід виконано на основі одного матеріалу то він називається гомопереходом, а якщо на основі двох напівпровідників з різними значеннями забороненої зони – гетеро переходом

51. Розрахунок вольт-амперної характеристики р-п - переходу. Напівпровідникові діоди та їх класифікація. Області використання напівпровідникових діодів.

Параметри ВАХ діода розраховуються за допомогою рівняння Шоткі I=I₀(e^U/φt-1), де φt — температурний потенціал:

І _{пряме макс} U зворотнє макс U порогова I P

ВАХ ідеального р-n переходу

Включення діода відбувається при досягненні порогової напруги для даного н-п. Струм, що протікає через коло задається рівнем інжекції носіїв заряду і залежить від типу діоду.

Діод – це н-п прилад з одним виправляючим п-н переходом і призначений для випрямлення струму.

В основу класифікації діодів покладено буквено-цифровий код, що містить такі елементи: КС147А, де

матеріалі на основі якого виготовлено діод (Ge – Г; Si – К; GaAs – А)

далі – буква призначення (С- стабілітрон; U – тунельний діод; Л – світлодіод; В – варікард; Д – випрямні і імпульсні діоди)

наступна цифра – розсіююча потужність

далі – серія

остання буква - серія

Імпульсний діод – як правило це точкові з малою ємністю діоди з малим часом перехідних процесів.

Діод Шоткі – діод отриманий контактом метал – напівпровідник.

Тунельні діоди – мають ділянку на ВАХ з відємним диференціальним опором, що викликано тунельними переходами носіїв заряду через п-н перехід. Вони використовуються для високочастотних підсилювачів і генераторів.

Діоди Гана – призначені для генерації імпульсів, довжиною ~ 3 см. Мають вітку з від'ємним диференціальним опором. В них утворюється домен котрий рухається по н-п і утворює імпульс.

Варікард – тут ємність максимальна і вмикають діод зворотно і при цьому ширина п-н переходу збільшується а ємність падає по гіперболічному

52. Принцип дії і будови площинних транзисторів. Вольт-амперні характеристики та основні параметри транзисторів. Різні схеми включення транзисторів. Приклади використання транзисторів в електричних схемах.

Транзистор — це напівпровідниковий пристрій, що має 3 або більше виводів, містить 2 взаємодіючі п-н переходи і служить для підсилення сигналів. П-н перехід у якого лінійні розміри, що визначають його площу значно перевищують його товщину називається площинним.

Мал. 1 - Принцип пристрою площинного транзистора.

Вся конструкція виконується на пластині кремнію, або германію, або іншого напівпровідника, в якій створено три області з різними типами електропровідності. На малюнку транзистор типу n-p-n, у якого середня область з дірчастою, а крайні з електронною електропровідністю.

Область бази повинна бути дуже тонкої, набагато тонше емітерної і колекторної областей Від цього залежить умова хорошої роботи транзистора.

Транзистор працює в трьох режимах залежно від напруги на його переходах. При роботі в активному режимі на емітерному переході напруга пряма, на колекторному - зворотне. У режимі відсічення на обидва переходи подана зворотна напруга. Якщо на ці переходи подати пряму напругу, то транзистор працюватиме в режимі насичення.

Розглянемо принцип дії n-p-n транзистора. В активному режимі на емітер ний перехід подається пряме зміщення, а на колекторний - зворотне(Рис2а)

Базовий вивід є спільним для вхідного (емітерного) і вихідного (колекторного) кола. В такому випадку говорять транзистор ввімкнений зі спільною базою(СБ)

СЕ

СК

50 Продовження

51 Продовження

52 Продовження

. Границя де змінюється тип провідності називається металургійною.

Рівноважна ширина п-н переходів l₀=(2ε_rε₀∆φ₀/qN*)^1/2

Є декілька методів одержання p-n – переходів: сплавляння матеріалів вкраплення на поверхню частинки іншого н-п. механічний контакт іонна імплантація напилення іншого н-п. Рівноважним називається стан п-н переходу при якому кількість носіїв заряду що утворюються в п-н переході рівна кількості носіїв що рекомбінують в ньому.

закону. Використовуються як конденсатор змінної ємності оскільки ємність змінюється при зміні напруги.

Світлодіод – випромінюють світло при рекомбінації електрона і дірки а колір випромінювання залежить від ширини забороненої зони.Лазерні діоди відрізняються від звичайних наявністю резонатора і 3 енергетичними рівнями.

Фотодіод – призначений для реєстрації ЕМ випромінювання (світло, ІЧ).

Області використання – діодні ключі, випрямлення змінного струму.

В основі роботи транзистора лежать 3 процеси: інжекція носіїв заряду — це закидування емітером носіїв заряду в базу; дифузія — це поширення частинок при наявності градієнту концентрації; екстракція — це захоплення, висмоктування носіїв заряду колектором.

Емітерний п-н перехід включений в прямому напрямку а колекторний — в зворотньому і при проходженні струму через емітерний перехід відбувається дифузія носіїв заряду котрі захоплюються в колектор і таким чином через нього може текти струм і відбувається керування струмом.

53 Початок

54 Початок

53. Класифікація інтегральних схем за функціональним призначенням, методом виготовлення, ступеню інтеграції.

Інтегральна мікросхема (ІМС) — мікроелектронний виріб, який виконує певну функцію перетворення і обробки сигналів і має високу щільність установки електрично з’єднаних елементів (або елементів і компонентів) і(або) кристалів що з точки зору експлуатації єдине ціле

Елемент ІМС – Частина ІМС що реалізує функцію якого не будь електрорадіо елемента , яка виконана не роздільно від кристалу або підкладки і може бути виділена як самостійний виріб з точки зору вимог до експлуатації

З точки зору інтеграції, тобто об'єднання багатьох елементів схеми в одному монокристалі н-п параметрами ІМС є:

щільність упаковки (чи густина — це кількість елементів, що знаходяться в 1 см³ ІМС)

ступінь інтеграції — це кількість елементів, що входять до складу ІМС: К = lgN, де N — кількість елементів і якщо K≥4 — надвелика інтегральна схема(K=1 — малої інтеграції;K=2 — середньої;K=1 — великі ІМС;)

ІМС діляться на 2 класи : цифрові і аналогові

ЦІС – ІМС що призначена для перетворення і обробки сигналів, які змінюються по закону дискретної функції

Аналогова ІМС - // - // - // - по закону неперервної функції.

Основою класифікації ІМС є технологічна ознака. За технологією ІМС діляться на: 1) напівпровідникові; 2) плівкові; 3) гібридні.

Н/п ІМС - мікросхема всі елементи і між елементні з’єднання якої виконані в об’ємі в на поверхні провідника

Плівкова ІМС // - // - // - // - // - // виконані у виді плівок

Плівкові ІМС бувають тонкоплівкові (до 1 мкм )і товстоплівкові ( більше 1мкм)

Гібридна ІМС – мікросхема, що містить крім елементів компоненти і (або) кристали (багатокристальні ІС)

Ступінь інтеграції – показник ступеня складності мікросхеми характеризується кількістю елементів і компонентів.

54. Прилади для контролю і діагностики електронної апаратури. Вольтметри постійного і змінного струму. Осцилографи універсальні. Прилади для вимірювання частоти. Структурні схеми та принцип роботи цих приладів.

Для проведення діагностики і контролю електронної апаратури використовуються:

вольтметри і амперметри різних систем; осцилографи і частотоміри.

Вольтметри і амперметри бувають як цифрові так і механічні. На їх корпусі знаходяться такі помітки:

1) рід вимірювальної величини (V,A) 2) тип системи приладу 3) номінальне значення вимірювальної величини 4) для якого струму призначений (змінний постійний) 5) клас точності 6) робоче положення 7) клас захищеності 8) знак заводу виготовлювача 9) рік виготовлення 10)опір

Оскільки в механічних приладах для відображення інформації використовуються певні обертальні механізми то в ці прилади вбудовані заспокоювачі призначені для пришвидшення заспокоєння стрілки при відображенні інформації. На даний час використовуються заспокоювачі наступних типів: 1) повітряні; 2) рідині; 3)індукційні.

Розрізняють механічні вольтметри і амперметри таких систем: Магнітоелектрична система В основі дії — взаємодія контура зі струмом зі полем постійного магніту Рівняння шкали α = (Bsn/N)*I Властивості: чутливі, точні, складність конструкції, недопустимість перевантажень

Електродинамічна система Принцип дії — взаємодія магнітних полів двох котушок зі струмом одна з яких — всередині іншої. Рівняння шкали: α = (1/ω)*(dL_1,2/dα)*I_{еф 1}*I_{еф 2}* cosφ Властивості: складність конструкції, несиметричність шкали у деяких випадках, можливість вимірювати потужність індукційна система Принцип дії — обертання металевого диску між двома електромагнітами через наведення в ньому вихрових струмів котрі взаємодіють з зовнішнім полем Властивості: витримують великі перевантаження, дозволяють вимірювати потужність. Прикладом може служити

53 Продовження

54 Продовження

k= lgN N = 0÷10 → k=1

N = 0÷100 → k=2

N = 1000 → k=3

N = 10 000 → k=4 НВІС

НВІС - Надвеликі ВІС

Класифікація ЦІС

В основі класифікації ЦІС лежать три ознаки:

1. Вид компонентів логічної схеми, на яких виконуються логічні операції над вихідними змінними.

2. Спосіб зєднання н/п приладів в логічну схему

3. Вид зв’язку між логічними схемами

По цим ознакам ЦІС діляться на такі класи

НСТЛМ – схеми з безпосереднім зв’язком на моно структурах

РЕЛ – схеми , вхідна логіка, яких викл. на резисторних колах

ДТЛ - // - // - // - // на діодах

ТТЛ - // - // - // - // на багатоемітерному транзисторі

Позначення ІМС включає в себе 4-ри елементи

1-й елемент : Цифра задає групу 1,5,6,7 – н/п

2,4,8 гібридні

3 плівкові

2-й елемент : цифри 00 до 999 -№ серії

3-й елемент : дві букви, підгрупа і вид;

4-й елемент: Умовний № ІС по функціональній ознаці в даній серії

Як правило ІМС випускаються серіями до яких входять схеми, що виконують різні функції але надають єдине конструктивно-технологічне виконання і призначені для спілного використання.

Серія ІМС може містити декілька типів, що діляться на типономінали.

Під типономіналом розуміють ІМС котра має конкретне функціональне призначення. Елементом ІМС є частина ІМС, що реалізує певну функцію н-п приладу, але яка виконана нерозривно від підкладки.

Найбільш використовувані функціональні призначання ІМС: ЛА (“і-не”) — елемент Шафера; ЛЕ (“або-не”) — стрілка Пірса.

електролічильник.

Електромагнітна система Принцип дії — втягування магнітного осердя в котушку по якій тече струм Енергія котушки W = L*(I²/2), рівняння шкали M = dW/dα = K/α = (I²/2)*(dL/dα)

Властивості: нерівномірність шкали, невисока точність, можуть витримувати великі перевантаження, легкість конструкції, працює як при змінному так і постійному струмі. Електростатична система Принцип дії — взаємодія пластин конденсатора. Рівняння шкали: α = (1/2ω)*(dС/dα)*U ² Властивості: неточність, не лінійність шкали, прилад не споживає енергію з кола.

Електронно-променевий (електронний) осцилограф — прилад призначений для безпосереднього спостереження і дослідження різних періодичних електричних процесів шляхом їх графічного відтворення на екрані електронно-променевої трубки. Будова осцилографа: 1-нитка розжарювання; 2-катод; 3-керуючий електрод; 4-аноди фокусу і прискорення; 5,6-горизонтальні і вертикальні пластини;

Основним елементом осцилографа є електронно-променева трубка, які є з електростатичним і електромагнітним керуванням, таких самих систем буває і фокусування. В осцилографі використовується трубка з електростатичним керуванням і фокусуванням.

Принцип дії частотомір ґрунтується на підрахунку числа імпульсів вхідного сигналу за період коливання високоточного внутрішнього генератор (найчастіше 1с) котрий задає час скидання лічильника імпульсів. Підрахунок проводиться поступовим діленням вхідної частоти.