Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Физические основы микроэлектроники (ФОМ)

.pdf
Скачиваний:
85
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
1.12 Mб
Скачать

 

1

Электроника и микроэлектроника, схемотехника

 

Содержание

 

 

стр.

Полупроводниковые приборы ................................................................................................

2

Физика p – n перехода ............................................................................................................

5

Вольт-амперная характеристика p - n перехода ..............................................................

7

Пробой p - n перехода .........................................................................................................

8

Емкость p - n перехода .......................................................................................................

10

Диоды ........................................................................................................................................

11

Транзисторы .............................................................................................................................

14

Физика работы транзистора ...............................................................................................

15

Схемы включения транзистора .........................................................................................

16

Статические характеристики транзистора .......................................................................

18

Малосигнальный режим транзистора ...............................................................................

21

Эквивалентные схемы замещения транзистора ...............................................................

22

Малосигнальные H-параметры ..........................................................................................

24

Частотные свойства транзистора ......................................................................................

25

Полевые (униполярные) транзисторы ...................................................................................

26

МДП (МОП) – транзисторы ...................................................................................................

28

Четырёхслойная полупроводниковая структура ..................................................................

31

Электронные усилители...........................................................................................................

33

Режимы работы усилителей (классы усиления). ..............................................................

36

Усилители напряжения низкой частоты. Задание точки покоя. .....................................

38

Методы стабилизации рабочей точки................................................................................

39

УННЧ. Схема с ОЭ. Анализ работы в режиме усиления переменного тока.................

41

Обратные связи....................................................................................................................

46

Эмиттерный повторитель (каскад с общим коллектором) ..............................................

49

Усилители мощности ..........................................................................................................

51

Усилители постоянного тока..............................................................................................

55

Дифференциальный усилитель ..........................................................................................

56

Операционные усилители...................................................................................................

57

Схемы включения ОУ.........................................................................................................

59

Импульсная (цифровая) электроника.....................................................................................

62

Влияние RC – цепи на прямоугольный импульс..............................................................

63

Электронный ключ на биполярном транзисторе..............................................................

65

Ключи на полевых транзисторах........................................................................................

69

Логические элементы в цифровых устройствах...............................................................

71

Триггеры...............................................................................................................................

73

Счетчики...............................................................................................................................

81

Регистры ...............................................................................................................................

84

Цифровые устройства комбинационного типа.................................................................

90

Мультиплексор................................................................................................................

90

Демультиплексор............................................................................................................

91

Комбинатор (Шифратор)................................................................................................

92

Декомбинатор (Дешифратор) ........................................................................................

92

Сумматор .........................................................................................................................

93

Цифровой компаратор....................................................................................................

95

Электронная память.............................................................................................................

96

Электронные генераторы.........................................................................................................

99

Генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний.............................................

100

Мультивибраторы................................................................................................................

104

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Полупроводниковые приборы

 

 

Полупроводниковые приборы – это электронные приборы, в которых движение и

изменение концентрации электронов (протекание тока) происходит в кристаллическом

твердом теле – кристалле полупроводника. В качестве полупроводников обычно приме-

няют кремний (Si) и германий (Ge).

 

 

 

 

Собственная проводимость полупроводников

 

 

 

 

 

 

 

 

Чистый кремний (Si) или

Ge

-

-

Ge

e

Зона прово-

германий (Ge) имеют кристалли-

димости

ческую решетку, где каждый атом

-

Ge

-

 

 

связан с четырьмя другими бли-

-

+

W

∆ W

жайшими атомами ковалентными

-

-

связями. Пространственная орбита

Ge

Ge

 

Валентная

жестко связана энергией, следова-

 

зона

 

 

 

 

 

тельно,

можно

рассматривать

 

 

 

 

 

 

строение атома как энергетиче-

ское. Электроны находятся на определенных энергетических уровнях. Для твердого тела

рассматривают не отдельные уровни отдельных атомов, а зоны уровней энергии.

При температуре (Т = 0К) в полупроводниках нет свободных электронов. Ток про-

ходить не может, то есть при Т =

0К полупроводник является изолятором (диэлектриком).

При повышении температуры электроны под действием тепловой энергии вырываются из

ковалентной

связи и становятся свободными, не связанными с конкретными атомами. На

месте ухода появляется незаполненная связь. Отсутствие электрона в ковалентной связи

условно называют дыркой, которая

имеет положительный единичный заряд. Процесс об-

разования свободных электронов и дырок при нагревании называется тепловой регенера-

цией. Проводимость, обусловленная тепловой генерацией электронов и дырок в чистом

полупроводнике, называют собственной проводимостью. Чем выше температура, тем вы-

ше концентрация свободных электронов и дырок.

 

 

 

Таким образом, в проведении тока могут участвовать и электроны, и дырки. При

движении в кристалле полупроводника электрон и дырка встречаются и взаимоуничто-

жаются. Такой процесс исчезновения свободных электронов и дырок называют рекомби-

нацией.

 

 

 

 

 

 

 

 

Как показано на рисунке, энергетическая зонная диаграмма кристалла полупровод-

ника разделена на три зоны. Валентная зона полностью заполнена валентными электрона-

ми при Т = 0К. Запрещенная зона не имеет энергетических уровней, на которых могли бы

находиться электроны. Находящиеся в зоне проводимости электроны обладают энергией,

позволяющей им разрывать связи с атомами и перемещаться внутри кристалла.

∆ Wп/п = 0,7 (Ge) 1,1(Si) эВ;

 

 

 

 

 

∆ Wдиэл. > 6 эВ.

 

 

 

 

 

 

Примесная проводимость n – типа (донорная)

Если в чистый кри-

 

-

 

 

 

 

 

 

Si

-

Si

e

Зона прово-

 

 

сталлический Ge добавить

 

 

ничтожную долю атомов 5

димости

W a

-

 

-

-

 

W

– валентного элемента, на-

-

Sb

-

W

 

 

пример сурьмы Sb, то че-

-

-

 

 

тыре электрона сурьмы бу-

Si

Si

 

Валентная

 

 

дут участвовать в кова-

 

зона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лентных связях, а пятый

 

 

 

 

 

 

 

 

электрон не участвует и

слабо связан с ядром. Энергия связи пятого элемента с ядром, называемая энергией ак-

концентрация собственных электронов.
концентрация донорных электронов;
концентрация электронов; концентрация дырок;

3

тивации (∆ WA), во много раз меньше энергии ковалентной связи и составляет всего 0,01 эВ.

При Т =0К тепловая энергия равна нулю и пятые электроны связаны со своими атомами. При повышении температуры слабо связанные электроны легко отрываются от атомов Sb и становятся свободными, однако не дает при этом дырки. Как показано на зонной диаграмме электроны донорной (отдающей) примеси занимают энергетические уровни в запрещенной зоне основного материала, вблизи дна зоны проводимости. При этом концентрация примесных электронов много больше концентрации собственных носителей заряда (Ne >> n i).

Таким образом, проводимость, обусловленная электронами, называют электронной проводимостью, а проводник с электронной проводимостью – полупроводником n - типа (или электронным полупроводником).

 

Примесная проводимость p – типа (акцепторная)

 

 

 

 

Если в чистый кристаллический Ge добавить ничтожную долю атомов 3 – валент-

ного элемента, например индия In (бора, алюминия и др.), то три валентных электрона ин-

 

 

 

 

 

 

 

 

дия будут участвовать

Si

 

-

-

Si

 

Зона прово-

 

только

в трёх

кова-

 

 

 

лентных связях из че-

 

 

димости

 

-

 

 

In

-

 

W

 

тырёх.

Одна

кова-

 

 

 

 

лентная связь остается

-

 

+

W

 

-

-

W a

незаполненной.

В эту

Si

e

Si

 

Валентная

незаполненную

кова-

 

 

 

 

 

 

зона

 

лентную связь

могут

 

 

 

 

 

 

 

 

легко

переходить

 

 

 

 

 

 

 

 

электроны из

сосед-

них ковалентных связей. Необходимая для этого энергия называется энергией активации и

составляет 0,01 эВ. Как показано на зонной диаграмме электроны акцепторной (прини-

мающей) примеси будут находиться на энергетических уровнях вблизи крыши валентной

зоны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При Т =0К свободные электроны отсутствуют, следовательно, полупроводник является диэлектриком. При повышении температуры из валентной зоны электроны переходят на акцепторный уровень, и появляются свободные положительные носители тока – дырки (основные носители), не принадлежащие конкретным атомам. При этом концентрация акцепторов во много раз превышает концентрацию собственных носителей (Np >>

p i).

Таким образом, проводимость, обусловленная дырками, называют дырочной проводимостью, а проводник с дырочной проводимостью – полупроводником p - типа (или дырочным полупроводником).

Концентрация основных носителей заряда для n – типа:

Равновесная концентрация

nn pn = ni pi = ni2 = pi2, где

nn - pn -

nд + n in = n n , где nд

nin

Концентрация основных носителей заряда для p – типа:

Равновесная концентрация

np pp = ni pi = ni2 = pi2, где n p - концентрация электронов;

4

p p - концентрация дырок;

p a + pip = pp , где

p a концентрация акцепторных дырок; n ip концентрация собственных дырок.

Токи в полупроводниках

В отличие от металла, в полупроводниках возможны два типа носителей тока – электроны и дырки, поэтому плотность тока j в полупроводнике определяется электронной j n и дырочной j p составляющими:

j = j n + j p.

Кроме того, направленное движение каждого из носителей (ток) может быть обу-

словлено электрическим полем – дрейфом носителей – дрейфовый ток j др. лах), а также градиентом концентрации носителей – диффузией носителей ный ток jдиф.:

j др. = j n др. + j p др,

j диф. = j n диф. + j p диф.,

j Σ = j n др. + j n диф. + j p др + j p диф.

(как в метал-

– диффузион-

5

Физика p – n перехода

Электронно-дырочный переход (p-n переход) – граница между электронной и дырочной областями в кристалле полупроводника с прилегающими неравновесными слоями. Кристаллическая структура на границе электронной и дырочной областей не должна быть нарушена.

В n-области основными носителями заряда являются электроны с концентрацией n n, а неосновными – дырки с концентрацией pn. В p-области основными носителями заряда являются дырки с концентрацией pp, а неосновными – электроны с концентрацией np. На границе d (граница между p– и n– областями) образовалась резкая разница в концен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E i

 

 

 

трациях дырок (pp>>pn) электронов (nn>>np), то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

есть имеет место градиент концентрации сво-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бодных носителей. Происходит диффузия ос-

 

p

- - -

 

+ + +

 

n

 

 

новных зарядов (дырки из p-области диффун-

 

 

 

 

 

 

- - -

 

+ + +

 

 

 

 

дируют в n–область, электроны – из n–области

 

 

 

 

 

 

- - -

 

+ + +

 

 

 

 

в p–область, при этом возникают диффузион-

 

 

 

 

 

 

- - -

 

+ + +

 

 

 

 

ные токи). В результате образуется двойной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слой, создающий внутреннее электрическое по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

ле (Ei), которое препятствует диффузии основ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных носителей зарядов. Это поле действует на

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неосновные носители заряда и создает дрейфо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

вые токи, следовательно, поле ослабляется и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

появляется новая диффузия основных зарядов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс заканчивается установлением динами-

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

ческого равновесия, при котором силы диффу-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зии уравновешены встречными силами внут-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реннего электрического поля (то есть токи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

основных носителей зарядов уравновешиваются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jp диф

токами неосновных носителей зарядов и ре-

 

jn диф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зультирующий ток через переход равен нулю).

 

 

 

 

 

 

 

jp др

При отсутствии внешнего поля в режиме дина-

 

jn др.

 

 

 

 

 

 

мического равновесия образуется контактная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разность потенциалов ϕ 0, называемая потенци-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

альным барьером.

ϕ 0 = 0,5÷ 1 В,

 

 

 

 

 

 

ϕ 0 = ϕ т ln (p p / p n) = ϕ т ln (n n / n p) ,

где ϕ т - температурный потенциал, равный ϕ т = k·T/q = 25 мВ, где k –

постоянная Больцмана, q – единичный заряд электрона.

Как уже указывалось, результирующий ток через переход при отсутствии внешнего смещения равен нулю, однако через p-n переход при этом происходит незначительное движение носителей, обуславливающее протекание двух токов малой величины: теплового тока I0 и диффузионного I0 диф. (I0 = – I0 диф.). Тепловой ток обусловлен тепловой генерацией собственных носителей, которая всегда происходит во всем объеме полупроводника с интенсивностью, определяемой температурой. Диффузионный ток является следствием протекания теплового тока и определяется полем Еi и температурным потенциалом перехода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

P - n переход при внешнем смещении

 

 

 

 

 

 

Обратное включение

 

 

 

 

 

Если

внешнее

напряжение

-

 

 

Е см

 

 

U a

+

 

 

 

 

 

 

 

 

Ua

подключить плюсом к n–области,

 

 

 

E i

 

 

 

 

а минусом – к p–области, то поле

 

 

 

 

 

 

 

 

внешнего источника Есм в переходе

p

-

- - -

+ + +

+

n

 

 

будет совпадать по направлению с

 

 

внутренним полем Еi , а потенциаль-

 

-

- - -

+ + +

+

 

 

 

ный барьер ϕ

на переходе будет ра-

 

-

- - -

+ + +

+

 

 

 

вен сумме внутреннего потенциаль-

 

-

- - -

+ + +

+

 

 

 

ного барьера ϕ 0 и внешнего смеще-

 

 

h 0

 

 

 

 

ния Ua:

ϕ

= ϕ 0

+ Ua .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

h

 

 

 

 

 

 

Величина

Ua может во мно-

 

 

 

 

 

 

x

 

го раз превышать величину ϕ 0 и дос-

 

 

 

 

 

 

 

тигать сотен вольт. При этом в пере-

ϕ

0

 

 

 

 

 

 

ходе протекает результирующий ток

 

 

 

 

 

 

 

 

Ia, в обратном направлении равный I0

 

 

 

 

 

 

 

 

(Ia обр= I0), так как I0 увеличивается

U a

 

 

 

 

 

 

 

вследствие усиления электрического

 

 

 

 

 

 

 

поля Е в переходе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, в обратном

 

 

 

 

 

 

 

 

направлении через переход протека-

 

 

 

 

 

 

 

 

ет ничтожно малый ток I0 (измеряет-

 

 

 

 

 

 

 

 

ся микроамперами или долями мик-

 

 

 

 

 

 

 

 

роампера) при высоком обратном

напряжении. Поэтому обратно смещенный переход можно представить разомкнутыми

контактами ключа (ключ отключен), что часто используется на практике.

 

 

Как показано на рисунке,

+

 

 

 

 

 

 

 

ширина p-n перехода h при обратном

 

 

Е см

 

 

U a

-

смещении увеличивается p - область

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по сравнению с равновесной шириной

 

 

 

E i

 

 

 

 

h0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямое включение

 

 

 

p

 

-

+

 

n

 

Если внешнее напряжение Ua

 

 

 

 

подключить плюсом к p–области, а

 

 

 

-

+

 

 

 

минусом – к n–области, то поле

 

 

 

-

+

 

 

 

внешнего источника Есм в переходе

 

 

 

-

+

 

 

 

будет направлено против внутреннего

 

 

 

h

 

 

 

 

поля Еi , а потенциальный барьер ϕ

на

 

 

 

h 0

 

 

 

 

переходе будет уменьшен на величи-

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ну внешнего смещения Ua:

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

ϕ = ϕ

0 Ua .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Через переход с пониженным

 

 

ϕ

 

 

 

 

 

потенциальным барьером резко уве-

 

 

 

 

 

 

 

личится диффузионный поток дырок

ϕ

0

 

 

 

 

 

 

в n-область и электронов в p-область,

 

 

U a

 

 

 

 

 

таким образом, резко возрастает диф-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фузионный ток

I0 диф. через переход

 

 

 

 

 

 

 

 

(внешнее смещение ослабляет внут-

 

 

 

 

 

 

 

 

реннее поле Ei). При этом прямой ток

 

 

 

 

 

 

 

 

будет равен разности токов диффузии

 

 

 

 

 

 

 

 

7

I диф. и теплового тока I0: Ia = I диф - I 0 I диф, так как I диф >> I 0. Прямой ток на несколько порядков превышает обратный ток и может достигать величин от сотен миллиампер до ампер.

Напряжение прямого смещения всегда меньше внутреннего потенциального барье-

ра ϕ 0 (Ua = 0,5 ÷ 1 В).

Таким образом, в прямом направлении через p - n переход протекает большой ток при очень малом (почти нулевом) напряжении. Поэтому прямосмещенный p - n переход можно представить замкнутыми контактами ключа (ключ включен), что часто используется в практике.

Ширина p-n перехода h при прямом смещении уменьшается по сравнению с равновесной шириной h0 .

Вольт – амперная характеристика p - n перехода

 

 

 

 

 

Идеальная

 

График

зависимости

 

 

между током и напря-

I a , А

Реальная

 

жением

называется

 

вольт – амперной ха-

 

 

 

 

 

Прямое

рактеристикой

 

(ВАХ).

 

 

Характер

переноса но-

I ном

 

включение

 

сителей заряда через p-n

 

 

 

 

переход в прямом и об-

Uобр. max

I a Rобл

 

ратном

направлениях

 

 

обуславливает

 

 

 

 

определенный

 

 

ход

 

 

 

 

ВАХКак показано.

на рисун-

 

Uном

Ua

, В

ке, реальная ВАХ отли-

I

чается от идеальной.

Обратное

обр.

 

 

I a = I0 (e

(Ua / ϕ

т )

– 1)

 

 

 

 

 

 

включение

 

 

 

Ua* (Si) = 0.5 В

 

 

 

 

 

Ua* (Ge) = 0.7 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

Пробой p - n перехода

 

 

 

 

 

 

 

 

Пробой p - n перехода –

 

 

Пробой p - n

 

 

 

резкое

возрастание

обратного

 

 

 

 

 

 

 

перехода

 

 

 

тока через p-n

переход при не-

Тепловой

 

 

 

 

Электрический

значительном

увеличении

об-

 

 

 

 

пробой

 

 

 

 

 

пробой

ратного напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лавинный

Туннельный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пробой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пробой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лавинный пробой

обусловлен

 

 

 

h

 

 

лавинным размножением носителей в

 

 

 

 

-

 

p-n переходе в результате ударной ио-

-

p

-

A

n

низации атомов быстрыми носителями

-

A

 

-

+

зарядов. Под действием обратного на-

 

A

-

 

пряжения неосновные носители заряда

 

 

-

 

ускоряются и при движении сталкива-

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

ются с

атомами кристаллической

ре-

 

Лавинный пробой

 

шетки. При каждом ударе количество

 

 

 

 

 

 

 

 

свободных электронов увеличивается в

 

 

 

 

 

 

два раза. Ионизация происходит только в запорном слое h. Описанный процесс носит ла-

винный характер (отсюда название) и возникает в широких p-n переходах, где при движе-

нии под действием электрического поля носители заряда, встречаясь с большим количест-

вом атомов кристалла, в промежутках между столкновениями приобретают достаточную

энергию для их ионизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

h

p

-

+

n

-+

-+

-+

Зона проводим.

p

Зона

проводим.

-

-

 

Валентная

 

зона

n

 

 

Валентная

 

зона

Туннельный пробой обусловлен непо-

средственным отрывом валентных электронов от атомов кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. Образующиеся при этом дополнительные носители заряда увеличивают обратный ток через p-n переход. Такой тип пробоя возникает в узких p-n переходах, где при сравнительно небольшом обратном напряжении имеется высокая напряженность поля, приводящая к возникновению туннельного эффекта, в результате которого происходит «просачивание» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер.

Лавинный и туннельный пробои сопровождаются появлением почти вертикального участка 1-2 на обратной ветви ВАХ. Причина этого заключается в том, что небольшое повышение напряжения на p–n переходе вызывает более интенсивную генерацию в нем носителей заряда при пробоях.

Лавинный и туннельный пробои являются обратимыми процессами, то есть при снятии напряжения p–n переход восстанавливается.

Туннельный пробой

9

Тепловой пробой возникает за счет интенсивной термогенерации носителей в p-n переходе при недопустимом повышении температуры. В запорном слое h выделяется

 

I a

 

мощность P0 = I0·Ua , следовательно, проис-

 

 

ходит нагрев p-n перехода, а при повышении

 

U

 

температуры t0 увеличивается тепловой ток

 

a

I0, что вызывает рост мощности и так далее.

 

 

 

С ростом Uобр повышается температура. Пока

1

 

 

 

тепловой

P0 < Pтеплоотдачи, процесс проходит в нормаль-

 

пробой

 

ном режиме, как только P0 > Pтеплоотдачи , рост

 

 

 

 

P0 , I0 , t0 будет происходить и без повышения

 

 

 

 

Uобр . Такой процесс заканчивается расплав-

 

 

 

 

лением этого участка и выходом p-n перехода

 

 

 

 

из строя.

2

электрический

 

 

 

 

 

 

 

 

пробой

 

 

 

 

 

 

 

Влияние температуры на ВАХ диода (p - n перехода)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основное

 

влияние

 

I a , А

 

Т

Т1

температуры на ВАХ обу-

 

 

словлено сильной зависимо-

 

I2

 

2

Прямое

стью концентрации неоснов-

 

 

 

 

 

 

 

включение

ных носителей

примесного

T2 >

T1

 

 

 

полупроводника.

 

 

 

 

А2

 

 

При

повышении

 

I o I

 

А1

температуры изменяются и

 

1

 

 

прямая, и обратная ветви

 

I 'o

 

 

 

ВАХ. Таким образом, тепло-

U проб. 1 U проб. 2

 

 

 

вой ток I 0 увеличивается в 2

 

 

 

раза на каждые

 

10 °С

(см.

 

 

U2

U1

U , В

 

 

 

формулу). Напряжение

про-

 

 

 

 

a

боя при повышении темпера-

 

 

 

 

 

 

Обратное

 

 

 

туры перехода уменьшается.

 

 

 

 

 

 

t2200

 

включение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

I0 =(I0)200С 2

 

 

Тепловой расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристики:

Pрасс. – мощность рассеивания; Rtnc – тепловое сопротивление; t°пер. – температура перехода;

окр. – температура окружающей среды.

Уравнение теплового баланса: пер. - t°окр. = Rtпс Pрасс.

Для улучшения условий охлаждения применяют радиаторы, тогда

Rtпс = Rtпк + Rtкс , где

Rtпк - тепловое сопротивление (переход – корпус); Rtкс – тепловое сопротивление (корпус - среда).

10

При плотном соединении радиатора с корпусом: Rtкс ≈ Rtрад., тогда

 

пер. - t°окр. = (Rtпк + Rtрад.) Pрасс.

Пример:

Stрад. = 103/ Rtрад.

Pрасс = U·I =1,1 400=440 (Вт)

I ad = 400 A;

U ad = 1.1В;

пер = (Rtпк + Rtрад.) Pрасс + t°окр

окр = +50° C;

пер = (0,13+0,08) 440+50 = 142°

Rtпк = 0,13 Гр/Вт;

Stрад. = 103/ Rtрад. = 1000/0,08 = 12500 (см2)

Rtрад = 0,08Гр/Вт.

 

Емкость p - n перехода

В p – n переходе происходит накопление и рассасывание заряда. Этот процесс носит инерционный характер, следовательно, p – n переход обладает паразитной емкостью и представляет собой плоский конденсатор, обкладками которого являются приле-

гающие границы p – и n – областей, а диэлектриком – p – n

переход.

Барьерная емкость возникает при обратном напряжении, при возрастании кото-

рого происходит увеличение запорного

 

 

C

слоя h и уменьшение барьерной емко-

 

 

сти.

С б = Q/U.

 

 

 

 

 

 

 

C диф.

Диффузионная емкость ха-

С бар.

 

рактеризует

накопление подвижных

 

 

 

носителей заряда в p – и n – областях.

 

 

 

 

Эта емкость зависит от тока: чем выше

 

 

 

 

- U

 

+ U

ток, тем выше

С диф. При прямом сме-

 

 

щении на высоких частотах величина

 

 

 

 

Сдиф. увеличивается.

 

 

 

 

Сдиф

> С б.

 

 

 

 

Наибольшее влияние на работу p - n перехода оказывает барьерная емкость.

τ = R C , R обр. С бар. > C диф.Rпр.

R обр. > > Rпр.

Обе емкости обуславливают инерционность p - n перехода.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.