- •1. Общие сведения о полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
- •2. Дрейфовые и диффузионные токи в полупроводниках.
- •3.Электронно-дырочный переход. Образование и свойства p-n перехода.
- •4. Неравновесное состояние p-n перехода.
- •6. Контакт металл-полупроводник.
- •7. Полупроводниковые диоды. Выпрямительные диоды. Основные характеристики.
- •8.Диоды. Выпрямительные диоды. Устройство, вах. Применение.
- •9. Полупроводниковые диоды. Туннельный диод. Основные характеристики.
- •10. Полупроводниковые диоды. Импульсные и точечные диоды. Основные характеристики.
- •11. Биполярный транзистор. Устройство, принцип действия.
- •12. Схемы включения транзистора. Сравнительный анализ.
- •13. Статические вольт-амперные характеристики транзистора.
- •14. Эквивалентная схема замещения транзистора.
- •15. Представление транзистора в виде четырехполюсника.
- •16. Составной транзистор.
- •17. Полевые транзисторы. Полевой транзистор с управляемым p-n переходом. Принцип действия, характеристики.
- •18. Полевые транзисторы. Мдп-транзистор. Принцип действия, характеристики.
- •19. Тиристор. Структура, принцип действия, вольт-амперная характеристика.
- •20. Частотные свойства биполярного транзистора.
- •II. Усилители. Генераторы.
- •1. Назначение и классификация усилителей.
- •2. Основные показатели работы усилителей (коэффициент усиления, коэффициент допустимых искажений, амплитудная и частотная характеристики, коэффициент полезного действия).
- •3. Классы усилителей. Задание точки покоя (режим по постоянному току).
- •4. Классы усилителей. Стабилизация точки покоя.
- •5. Каскад предварительного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме оэ. Схема замещения.
- •6. Каскад предварительного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме оэ. Анализ работы на средней частоте.
- •7. Каскад предварительного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме оэ. Анализ работы на нижней частоте.
- •8. Каскад предварительного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме оэ. Анализ работы на верхней частоте.
- •9. Каскад усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме об. Схема замещения. Анализ работы.
- •10. Обратные связи в усилителях. Виды обратной связи (ос). Влияние ос на коэффициент усиления.
- •11. Обратные связи в усилителях. Виды обратной связи (ос). Влияние ос на входное и выходное сопротивление усилителя.
- •12. Усилительный каскад с оос (эммитерный повторитель).
- •18. Интегральные операционные усилители (оу).
- •24. Интегральные операционные усилители (оу). Антилогарифмирующее звено на оу.
- •25. Генераторы гармонических колебаний. Lc генераторы.
- •26. Генераторы гармонических колебаний. Rc генераторы. C- , r- в параллель.
- •27. Генераторы гармонических колебаний. Rc генераторы. Генератор с мостом Вина.
- •28. Мультивибратор на оу.
- •III. Цифровые и импульсные устройства
- •8. Регистры. Параллельные регистры.
- •9. Регистры. Сдвиговые регистры.
- •10. Счетчики. Последовательный суммирующий двоичный счетчик с непосредственными связями.
- •11. Счетчики. Последовательный вычитающий двоичный счетчик с непосредственными связями.
- •12. Последовательные счетчики со сквозным переносом.
- •13. Параллельные (синхронные) счетчики. Разновидности. Параллельные счетчики на синхронных триггерах.
- •14. Параллельные (синхронные) счетчики. Разновидности. Параллельные счетчики на асинхронных триггерах.
- •15. Реверсивные счетчики.
- •16. Кольцевые счетчики.
- •17. Комбинационные устройства. Шифраторы.
- •18. Комбинационные устройства. Дешифраторы.
- •19. Комбинационные устройства. Мультиплексоры.
- •20. Комбинационные устройства. Демультиплексоры.
- •20. Демультиплексоры.
- •21. Комбинационные устройства. Сумматоры.
- •22. Мультивибратор на дискретных элементах.
- •Мультивибраторы на дискретных элементах
- •23. Мультивибраторы на логических элементах.
9. Полупроводниковые диоды. Туннельный диод. Основные характеристики.
Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n
переходом и двумя выводами, в которых используются свойства перехода.
10. Полупроводниковые диоды. Импульсные и точечные диоды. Основные характеристики.
Точечные диоды
Точечный диод имеет p-n переход в виде полу-сферы (очень маленькая площадь p-n перехода). Имеет малую емкость p-n перехода (менее 1 пФ), следовательно, применяются на любых частотах (вплоть до СВЧ). Могут пропускать токи не больше единиц или десятков мА. Дешевы в изготовлении.
11. Биполярный транзистор. Устройство, принцип действия.
Устройство. Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор, основу которого составляют два взаимодействующих р-п перехода, образованные в едином кристалле полупроводника и разделенные очень узкой областью взаимодействия, называемой базой. а б
Принцип действия. Каждый из р-п переходов транзистора может быть смешен в прямом либо обратном направлениях. В зависимости от полярности смещений двух переходов возможны четыре режима транзистора. Однако основным является активный (усилительный) режим, при котором эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.
Инжекция. Через эмиттерный переход, смещенный в прямом направлении, имеет место только поток дырок из эмиттера в базу - инжекция дырок в базу.
Диффузия в базе. В равновесии база нейтральна по всей ширине и электрического поля в базе нет. Потенциал по всей ширине базы одинаков, и на диаграмме он принят равным нулю, поэтому транзистор называется бездрейфовым. Инжектированные дырки в базе являются неосновными носителями. Концентрация равновесных неосновных носителей Рn в базе невелика и инжектированные дырки значительно увеличивают концентрацию неосновных носителей - дырок - в базе на границе с эмиттерным переходом, т.е. имеет место процесс возмущения неосновных носителей.
Появляется градиент концентрации дырок в базе и начинается диффузия инжектированных дырок от эмиттерного перехода в глубь базы, в сторону коллекторного перехода. Повышенная концентрация дырок в базе у эмиттерного перехода поддерживается за счет непрерывной инжекции из эмиттера. В процессе диффузии большая часть инжектированных дырок достигает границы коллекторного перехода. Движение инжектированных дырок через базу имеет сложный направленно-хаотический вид, т.е. дырки, как подвижные частицы, совершают тепловые хаотические движения, на которые накладывается направленное смещение под действием сил диффузии. В целях улучшения направленного движения дырок в базе (от эмиттера к коллектору) в ней создают электрическое поле, под действием которого дырки направленно перемещаются (дрейфуют) к коллектору.
Экстракция дырок, ток коллектора. Коллекторный переход смещен в обратном направлении и его собственный обратный ток равен тепловому току IK0. Однако инжектированные дырки, оказавшиеся в базе, на границе коллекторного перехода подхватываются полем коллекторного перехода и выбрасываются в область коллектора, где они являются основными носителями. Этот процесс называют экстракцией. В результате этого коллекторный ток увеличивается сверх IK0 величина тока коллекторного перехода, смещенного в обратном направлении, определяется величиной тока близко расположенного эмиттерного перехода, т.е. ток коллектора управляется током эмиттера. В этом заключается взаимодействие переходов, и в этом - сущность транзистора. Все остальные потоки и процессы носят сопутствующий характер.
Рекомбинация. Ток базы. Часть инжектированных дырок в процессе диффузии в базе встречается с электронами и рекомбинирует. Рекомбинирующие дырки не достигают коллекторного перехода и не участвуют в управлении коллекторным током. Вместо рекомбинированных электронов в базу втекают электроны из внешней цепи по базовому выводу, образуя ток базы. Величина тока базы IБ определяется интенсивностью рекомбинации в объеме базы (направление токов во внешних выводах соответствует принятому в электротехнике направлению движения положительных зарядов).
Из рассмотрения принципа действия транзистора следует, что ток коллектора составляет лишь часть тока эмиттера (iЭ разветвляется на два тока: IK и IБ):
Отношение тока коллектора к току эмиттера:
называют коэффициентом передачи тока. Коэффициент отражает эффективность взаимодействия р-п переходов в транзисторе и количественно равен доле инжектированных эмиттером дырок, достигших коллекторного перехода. Равенства (5.1 и 5.2) являются основными для транзистора и выполняются при любых режимах транзистора, т.к. они отражают основные процессы в транзисторе. Из этих равенств вытекает и условие для тока базы:
Рост тока коллектора с ростом напряжения обусловлен модуляцией толщины базы (эффектом Эрли). Модуляция толщины базы - уменьшение толщины базы при увеличении напряжения на коллекторном переходе, смещенного в обратном направлении. Ширина коллекторного перехода увеличивается при увеличении UКБ. Расширение коллекторного перехода идет в основном в сторону базы и уменьшает ее толщину. Уменьшение вызывает ряд дополнительных явлений, одним из которых является увеличение, в соответствии с (5.5), коэффициента рост тока коллектора (наклон характеристик) при увеличении UКБ.
Величина α при этом считается не изменяющейся. УсредняяrK , можно характеризовать семейство выходных характеристик ОБ достаточно строгим соотношением /3/:
(5.12)
Модуляция толщины базы в схеме ОЭ обусловливает больший наклон выходных характеристик, чем в схеме ОБ, по причине взаимодействия с эмиттерным переходом: приращения тока коллектора проходят через эмиттерный переход, вызывают понижение потенциального барьера, инжекцию дырок из эмиттера в базу, диффузию и экстракцию. Результирующее приращение будет больше первоначального в (I +) раз (точно также, как IK0 увеличивается до I*Ко = (1+)IКо).
С учетом наклона характеристик и усредняя r*К, выходные характеристики ОЭ могут быть описаны более строгим соотношением (подобным (5.12) для ОБ):
где – усредненное значение сопротивления коллекторного перехода.
Минимальное значение тока IK, равное IK0, получается при токе базы, равном -IK0, следовательно, при изменении тока базы от 0 до -IK0 транзистор в схеме ОЭ управляется обратным током базы (эмиттерный переход при этом остается смещенным в прямом направлении вследствие смещения входной характеристики), однако этот диапазон токов мал (между характеристиками с IK = IK0 и IK = I*Ко) и практическое значение его весьма незначительно. На практике последним членом в (5.14) также иногда пренебрегают (но здесь это пренебрежение дает большую ошибку, чем в ОБ, поэтому не всегда может быть принято) и используют упрощенное соотношение (5.9).
Входные характеристики ОЭ представляют собой зависимость тока базы от направления между базой и эмиттером UБЭ при постоянном выходном напряжении UКЭ:
На рис.5.6,б приведены входные характеристики того же транзистора. По виду они аналогичны входным характеристикам ОБ (см. рис.5.5,б). Входное напряжение ОЭ по величине равно входному напряжению ОБ, лишь полярность его противоположная (UБЭ = -UЭБ). Однако входной ток ОЭ (IБ) в (1+ ) меньше тока IЭ. При увеличении напряжения UКЭ входная характеристика смещается в сторону оси напряжений. Одной из причин этого смещения также является модуляция толщины базы. Ток IБ напряжение UБЭ для транзистора р-п-р отрицательны.