№2

1. p-n переход, св-ва, п-н при воздействии U.

2. Искажения в усилителях.

3. Инвертирующий компаратор для одноимённых сигналов.

1. p-n переход, св-ва, п-н при воздействии U.

P-n переход.

Переходной слой, возникающий между двумя областями полупроводника с разными проводимостями, называют p-n переходом.

p-n переход характеризуется отсутствием свободных носителей заряда. p-n переход невозможно создать механическим контактом двух полупроводников разного типа проводимости:

1.Поверхность полупроводников покрыта слоями окисла, которые являются диэлектриками.

2.Поверхности обладают шероховатостью, которая во много раз превышает межатомное расстояние.

p-n переходы обычно создают следующими способами:

1.Сплавные p-n переходы – получают путем вплавления одного полупроводника в другой.

2.Планарные p-n переходы.

SiO₂

хххххх ххх ххх

n-тип n-тип

1. На поверхность тонкой кремниевой пластины полупроводника

n-типа, путём термической обработки, получают тонкий слой

SiO₂, который является диэлектриком.

2. Используя методы фотолитографии, образуют окна слоя SiO₂ и помещают эту пластину в среду с парами трехвалентного полупроводника. Атомы, за счет диффузии, проникают в полупроводник n-типа, образуя p-область.

3. Между p и n областями образуется p-n переход.

Градиент концентрации свободных носителей заряда вблизи границы областей приводит к диффузионному движению. Электроны из n области, движутся в p область и рекомбинируют в ней с дырками.

Дырки из p области движутся в n область, и рекомбинируют в ней с электронами. В результате вблизи границы перехода в p область, образуется отрицательный пространственный заряд, создаваемый ионами акцепторной примеси, а в n области, положительный заряд, создаваемый ионами донорной примеси. Между зарядами возникает электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии свободных носителей заряда из глубины полупроводника. В результате, возникает область, обеднённая свободными носителями заряда, называемая p-n-переходом. Напряжение, возникающее между пространственными зарядами характеризуется контактной разностью потенциалов.

φ_k=φ_p-φ_n=φ_тlnN_aN_d/n_i²

φ_т=kT/e , φ_т=10,025B

φ_т – температурный режим.

n_i – концентрация свободных носителей

N_a – концентрация ионов акцепторной примеси

N_d - концентрация ионов донорной примеси

P-n-переход состоит из двух областей. Области в полупроводнике n-типа и p-типа.

L_p-n=l_p+l_n =√(2εε₀φ_т)/eN_a+√(2εε₀φ_т)/eN_d

Полупроводник называют симметричным, если l_p=l_n. Если l_p>l_n или l_p<l_n – несимметричным, причём p-n-переход в них располагается в области с меньшей концентрацией примеси.

Легирование – процесс внесения примесей.

Через p-n-переход протекает два тока:

1.Диффузионный – создаваемый основными носителями.

2.Дрейфовый - создаваемый неосновными носителями.

Свойства p-n-перехода при внешнем напряжении приложенном к нему.

1)Напряжение приложенное к p-n-переходу считается прямым если к p области приложен “-”, а к n области приложен ”+” источник напряжения.

p n

+ --

U_вх

Прямое напряжение уменьшает высоту потенциального барьера, до высоты φ_k – U_пр, т.к. оно направлено встречно контактной разности потенциалов. В результате этого уменьшается напряжённость электрического поля. Появляется диффузионный ток основных носителей заряда. С ростом прямого напряжения прямой ток резко возрастает. Ширина p-n-перехода уменьшается.

J_пр=J₀(e^u/φт-1)

J₀ – тепловой ток неосновных носителей заряда

При прямом смещении p-n-перехода происходит инжекция неосновных носителей заряда. Под инжекцией понимают процесс при котором основные носители заряда, попадают в область полупроводника в котором становятся неосновными.

J_пр

φ_к(Ge)=0,3B

Si φ_к(Si)=0,6B

Ge

0. ^{0,3В 0,6В} U_пр

2)При обратном смещении p-n-перехода, величина потенциального

барьера возрастает до φ_к-U_обр это приводит к расширению p-n-перехода. Ток основных носителей через p-n-переход прекращается и через него протекает лишь ток неосновных носителей. Ток p-n-перехода равен –J₀. J_обр – обратный ток p-n-перехода.

J_0(T)=J_0(T⁰₎2^T-T0/^T*

T – текущая температура

Т⁰ – начальная температура

Т^* - температура удвоения теплового тока, зависит

от материала

2. Искажения в усилителях. Искажения сигналов в усилителях.

В идеальном линейном усилителе входной и выходной сигналы совпадают по форме. В реальных усилителях этого не происходит. Всякое отклонение формы сигнала на выходе от формы его на входе есть искажение создаваемое усилителем.

Искажения бывают:

1.Линейное;

2.Нелинейное.

Нелинейное искажение – это изменения формы сигнала на выходе, которые возникают за счет нелинейности ВАХ активных элементов.

К оличественно нелинейные искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).

Линейное искажение бывает двух видов:

а. Частотное;

б. Фазовое.

Частотное искажение связано с наличием в схеме усилителя реактивных элементов и возникающих за счет неодинакового усиления различных гармонических составляющих.

Ф азовое искажение возникает за счет неодинакового фазового сдвига различных гармонических составляющих. Причина этого - наличие реактивных элементов в схеме усилителя.

3. Инвертирующий компаратор для одноимённых сигналов.

№3

1. Виды пробоев p-n перехода.

Пробой p-n-перехода.

Согласно математической модели p-n-перехода обратный ток равен тепловому и не зависит от величины напряжения, однако при значительных обратных напряжениях возникает резкое возрастание тока. Это явление называется пробоем p-n-перехода. А напряжение, при котором происходит это явление напряжением пробоя.

Пробой

Электрический Тепловой

Лавинный Туннельный

Электрический пробой обратимый, т.е. после уменьшения величины обратного напряжения p-n-переход принимает свои первоначальные свойства.

Тепловой пробой необратимый, т.е. после его наступления разрушается кристаллическая решетка и p-n переход теряет свои свойства.

Лавинный пробой происходит из-за лавинного размножения неосновных носителей слабо легированных “широких” p-n-переходов. При достаточно большой напряжённости электрического поля электроны достигают скоростей, при которых выбивают из атома полупроводника валентные электроны, которые в свою очередь выбивают новые. Этот процесс происходит лавинообразно.

Туннельный пробой происходит в сильно легированных “узких” p-n-переходах, и состоит в отрыве под действием сильного электрического поля валентных электронов, в результате которого в объёме p-n-перехода образуется электронная дырка.

Тепловой переход возникает вследствие разогрева p-n-перехода обратным током. При повышении температуры p-n-перехода число не основных носителей заряда возрастает. Это приводит к увеличению J_обр, что приводит к ещё большему разогреву p-n-перехода. В результате чего происходит пробой p-n-перехода.

2. Режим работы по постоянному току активных элементов.

В ыбор режима работы усилительного каскада по постоянному току

Для биполярного транзистора рабочая точка задается следующими величинами:

- уравнение называемое нагрузочная прямая транзисторного каскада.

1 ) иначе перегрев

2)

3) ;

Для режима класса А рабочая точка должна иметь следующие параметры:

1)

2)

3. Компаратор с положительной обратной связью.

№4

1. Электропроводность Полупроводников. Дрейфовый и Диффузионный токи.