Экзаменационный билет № 1

1. Электропроводность полупроводников. Зависимость электропроводности от внешних факторов. Материал полупроводников.

В зависимости от величины удельного электрического сопротивления ρ все материалы делят на: проводники, полупроводники, диэлектрики. Полупроводники, среди которых наиболее широко применяются кремний (Si), германий (Ge), арсенид

галлия, карбид кремния, селен, теллур, сульфиды и т.п. имеют твердую кристаллическую решетку типа алмаза или графита. Три зоны проводимости: 1-валентная зона; 2-зона проводимости; 3-запретная зона. Валентную зону образуют электроны на внешнем уровне. Зону проводимости образуют свободные электроны. Кристаллы Si и Ge имеют кубическую решетку. Каждый атом связан с 4 соседними ковалентными связями и окружен 4 своими и 4 электронами соседних атомов. Ковалентная связь разрывается, электроны уходят из нее, получив необходимую энергию при нагревании или облучении. Электроны становятся свободными носителями заряда. Одновременно образуются незаполненные ковалентные связи – дырки.

Генерация – разрывы ковалентных связей, сопровождающиеся образованием свободных электронов при поглощении энергии.

Рекомбинация-восстановление ковалентных связей при выделении энергии.

При наличии ЭП электроны двигаются в направлении ЭП, а дырки - в противоположном направлении.

Проводимость, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной, а проводимость, вызванная движением дырок, - дырочной. Электронную проводимость называют проводимостью n-типа, а дырочную – проводимостью p-типа

Проводимость, осуществляемая одновременно электронами и дырками, называется собственной проводимостью

Для изменения характера проводимости в чистый полупроводник вводят примеси:

Элементы V группы-донорная примесь- (мышьяк, фосфор, сурьма) для преобладания электронной проводимости.

ПП (полупроводник) n-типа

Элементы III группы –акцепторные-(бор, алюминий, галлий, индий) для преобладания дырочной проводимости.

ПП (полупроводник) p-типа

• Проводимость в ПП зависит от температуры, степени освещенности, радиации, от вида и % -содержания примесей.

• При температуре абсолютного нуля (-273⁰С) все валентные электроны участвуют в образовании ковалентных связей свободных носителей зарядов нет, ПП подобен идеальному диэлектрику.

2. Электронные ключи и формирование импульсов.

Транзисторные ключи. Ключ коммутирует (включает и выключает) участки электрической цепи. Его действие основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень малым, а в выключенном – большим сопротивлением.

В отличие от усилительных схем транзистор ключа работает в нелинейном режиме: с некоторых значений базового напряжения U_{б max} перестает изменяться вслед за U_б

Ключ устанавливается последовательно с коммутируемым участкам цепи (нагрузкой) или параллельно ему. Когда под действием управляющего напряжения U_упр транзистор заперт (выключен), нагрузка R_н через резистор R_к подключается к источнику питания E_к. Если управляющим напряжением обеспечивается насыщение, нагрузка оказывается зашунтированной его незначительным сопротивлением и напряжение на ней становится равным 0.

При включенном транзисторе нагрузка R_н подключается к напряжению U_ВХ. При выключенном эта связь обрывается. Данный ключ нормально работает при U_ВХ > 0.

Ключевые свойства транзистора не являются идеальными (R_ВКЛ ≠ 0, R_ВЫКЛ ≠∞). Поэтому для повышения эффективности коммутации ее иногда осуществляют одновременно последовательным и параллельным ключами.

При этом для подключения нагрузки транзистор последовательного ключа включается. А транзистор параллельного ключа выключается.

3. Задача. Определить коэффициент усиления инвертирующего усилителя, если входное сопротивление R₁ =20 кОм, а сопротивление цепи обратной связи R₂ =2 МОм

Решение: к=-R_вх/R_ос к_дб=20lg*U_вых/U_вх, к=-U_вых/U_вх.