Электроника

п/п прилади п/пматеріал, провідність якого залежить від зовнішніх чинників -кол-ва домішок, температури, зовнішнього эл. поля, випромінювання, світло, деформація Переваги: выс. надійність, великий термін їхньої служби, економічність, дешевизна. Недоліки: залежність від температури, чутливість до ионизирован излучению.

Основи зонної теорії проводимости Согласно квантової теорії будівлі речовини енергія електрона може приймати тільки дискретні значення енергії. Він рухається виключно за опред орбіті навколо ядра. Не порушену стані при Т=0К, електрони рухаються по ближаишей до ядру орбіті. У твердому тілі атоми ближче друг до друга (електронне хмару перекривається (усунення енергетичних рівнів (утворюються цілі зони уровней.

Е.

Разрешенная.

Заборонена зона.

d 1) Разрешенная зона кт при Т=0К заповнена електронами зв — заповненою. 2) верхняя заповнена зона зв — валентної. 3) разрешенная зона при Т=0К де немає електронів зв — вільної. 4) свободная зона де можуть бути обурені електрони зв зоною еквівалентності. Провідність залежить від ширини забороненої зони між валентної зоною — та зоною проводимости.

(Е=Епр-Ев Ширина забороненої зони не більше 0,1~3,0 еВ (електрон вольт) характерна для п/п Наибольшее поширення мають П/П Кремній, Німеччин, Селен та інших. Розглянемо кристал «Ge».

При Т=0К При Т>0К електрони (зарядq)отрываются утворюють вільні заряди (з його місці утворюється дірка (заряд +q) це й називається процесом термогенерации Зворотний процес зв — рекомбинацией n — електронна провідність p — дырочная провідність (- тривалість життя носія заряду (е). Висновок: в такий спосіб nроводимость в чистому П/П обгрунтована вільними електронами чи дырками.

(=(n+(p=q (n (n+q (p (p де: (-концентрация.

(-рухливість =(/Є Власна провідність залежить від t (.

П/П прилади з урахуванням власної провідності. Залежність власної провідності від зовнішніх чинників широко исполь-ся в цілий ряд корисних П/П приладів. 1) Терморезисторы (R залежить від t ().

Температурний коэффициент:

ТКС>0 у П/П.

ТКС Утворюється легко переміщувана дірка (дырочная провідність), домішка називають акцепторной. Основним носієм заряду зв. Ті кт в п/п > П/п з дырочной провідністю зв. п/п -p типу, і з электоронной провідністю — n типу. Руху носіїв заряду тобто. струм обумовлюється 2 причинами: 1) зовнішнє полі - струм зв. дрейфовым. 2) разнасть концентрацій — струм зв. диффузионным. У п/п є 4 складові струму: i=(in)Д+(ip)Д+(in)Е+(ip)E Д-диффузионный Е-дрейфовый.

Електричні переходи. Називають граничний прошарок поміж 2-ми областями тіла фізичні св-ва кт. різні. Розрізняють: p-n, p-p+, n-n+, м-п/п, q-м, q-п/п переходи прим. У п/п приладах (м-метал прим. в термопарах) Электронно-дырочный p-n перехід. Робота всіх діодів, біполярних транзисторів полягає в p-n переході Розглянемо шар 2х Ge з різними типами проводимости.

р

n.

Обычно переходи виготовляють несемметричными pp>> > nn то p-область эмитерная, nобластьбаза У момент після сполуки кристалів через градієнта концентрації виникає дифузний струм соновных носіїв. На кордоні основних носіїв почнуть рекомбинировать, цим оголюватися нерухомі іони домішок. Граничний шар. Буде обеднятся носіями заряду => виникне внутрішнє U. Це U перешкоджатиме диффузионному току і він падати. З з іншого боку наявність внутрішнього поля обумовить поява дрейфого струму неосновних носіїв. Зрештою дифузний струм стане = дрейфовому току і сумарний струм через перехід буде = 0.

U контакта?(тln ((Pp0)/(np0)) (т?25мB температурний потенціал при 300 До Uк=0,6−0,7 В Si;0,3−0,4 В Ge. Розрізняють 3 режиму роботи p-n переходу: 1) Равновесный (зовнішнє полі отсутствует).

2) Прямосмещенный p-n переход.

В результаті Uвнпадает =>виникає диф. струм электорнов I=I0 eU/m (т m? 1 Ge.

2 Si I0 теплової струм. I обумовлений основними носіями зарядів. Крім нього струм неосновних носіїв буде скеровано зустрічно.: I= I0(eU/m (т-1) 3) Обратно усунутий p-n перехід Iобумовлений струмами неосновних носителей.

I=- I0.

ВАХ p-n перехода.

Ємності p-n переходів. Розрізняють: -барьерную, -диффузионную. Бар'єрна має місце при зворотному зміщення p-n переходу. Замикаючий шар постає як діелектрик =>конденсатор e=f (U) Ця ємність використана в варикапах.

З ?1/?U.

Дифузний струм має місце з прямою зміщення p-n переходу Cд=dQизб/dU.

Реальні ВАХ p-n переходів. Відрізняються від ідеальних слід. образом:1)Температурная зависимость.

2) Обмеження струму з допомогою внутрішнього R базы.

3)Пробой p-n переходу :1-лавинный, 2- тунельний, 3- теплової (1,2- обратимые;3-необратимый) I0? 10 I0.

П/п діоди. Прилад з 1 м p-n переходом і 2мя виходами Кваліфікують за технологією, — за конструкцією, — по функціональному призначенню: -выпрямительные, А + ДоВЧ діоди, стабилитроны, -варикапы, -светодиды, -фотодиоды, -тунельные, -звернений Маркування за довідником 1) Выпрямит. діоди — призначені для випрямлення ~ I в = Основні параметри Iср. прсередній прямой, Uпр, Uобр., P-мощность, Iпр.имп. 2) Вч діоди виконуються зазвичай по точкової технології Cд-емкость, Iпр. имп, Uпр. ср, t встановлення, t востановления, 3) Диод Шотки — діод з урахуванням переходу метал ->п/п, швидкодіючий. Uпр.=0,5 В, ВАХ не відрізняється від експоненти буде в діапазоні струмів до 1010 4) Стабилитрон — це параметричний стабілізатор напруги, стабілізує напруга від одиниці до сотень вольт. Uст — зворотна гілка ВАХ; пробою лавинний ВАХ.

r=?U/?I ніж < тим лучше Д814Д => U=12 У Rбал.=(E-Uст.)/(Iст.+Iн.) Кст.=(?Е/Е)/(?U/Uн) ТКН — температупный коефіцієнт U=(?U/U)/ ?t?0,0001% 5) Стабистор — призначений щоб одержати малих стабільних напруг у них ісп. пряма гілка ВАХ.

КС07А U=0,7B.

6) Варикап -параметрическая ємність, вкл. у протилежному зміщення. Примітка : — в системах авто -підстроювання частоти в телерадіо і т.д.;-получение кутовий модуляции (угловой чи фазовой).

7)Тунельный діод ВАХ має ділянку «-» R.

Примечание: Для отримання високочастотних коливань (генератор); порогові утройсва — тригеры Шміта 8) Звернений діод — це різновид тунельного — у ньому «-» R, — в роботі використовують зворотний гілка ВАХ.

Біполярні транзистори П/п прилад з 2-мя і більше переходами і з 3-мя і більше висновками Розрізняють транзистори провідності: n-p-n, p-n-p.

Режимы роботи БТ.

1.)Отсечка — обидва переходу закриті, назад смещены.

2.)Насыщения — обидва переходу зміщено прямо.

3.)Активный режим — эммитеры прямо, колектор обратно.

4)Активно інверсний — эммитеры назад, колектор прямо.

Активний режим. Фізика роботи. Iк=(Iэ+Iко Iко-обратный струм колектора, (-коефіцієнт передачі струму эмитера.

Схеми включення транзисторів. 1) Схема із загальною базой.

Iвх-Iэ Iвых-Iк Uвх-Uэб Uвых-Uкб.

2)Схема із загальним эмитером.

3) Схема із загальним колектором Каждая схема характеризується сімействами вхідних і вихідних статичних ВАХ Iвх=f (Uвх) (Uвых-const Iвых=f (Uвых) (Iвх-const.

ВАХ транзисторів 1) ОЭ.

Iк=(Iб +(Uкэ/r*к)+I*к0 (-коефіцієнт передачі Iб.

(=(/1-(2)ОБ Iк=(Iэ+I к0+(Uкб/rк) r*к=(rк/1+() I*к0=I к0(1+().

Малосигнальная еквівалентна схема заміщення транзистора 1) ОЭ.

rк?100 Ом rэ=dUбэ/dIб (Uкconst rэ=2((/Iэ0 =(Si)?50мВ/ Iэ0 r*к=dUкэ/dIк (Iбconst ?100кОм Ск*=Ск (1+()? 5−15мкФ.

2)ОБ.

rэ=dUбэ/dIэ (Uкconst r*к=dUкб/dIк (Iэconst.

Частотні властивості транзистора Залежать від ємностей транзистора, межэлектородных ємностей, і південь від коефіцієнтів (і (fср=fср (/(- для (.

h -параметри транзистора.

?U1=h11?I1+h12 ?U2 ?I2=h21?I1+h22 ?U2.

h11= ?U1/ ?I1 |?U2=0 — вхідний сигнал h12= ?U1/ ?U2 |=?=0 — коэф. обр. отриц. внутр.связи.

|?I1=0 h21= ?I2/ ?I1 | ?U2=0 — коэф посилення I h22= ?I2/ ?U2 |=1/rк вихідна проводимость.

|?I1=0.

Связь h-параметров зі своїми параметрами транзистора | |ПРО |ОЕ | |h1|rэ+rб (|rб+rэ (| |1 |1-?) |1+?) | |h1|0 |0 | |2 | | | |h2|? |? | |1 | | | |h2|1/rк |1/rк*=| |2 | |(1+ | | | |?)/rк |.

Польові транзистори (ПТ) У ПТ використовується носій заряду одного типу. Робота ПТ полягає в управлінні R каналу ПТ поперечним електричним полем. ПТ з: p-n переходом.

МДМ чи МОП «+" — дуже прості, висока технологічність, велике Rвх., мала вартість. «-"-мала крутизна.

ПТ з p-n переходом.

Структура і работа.

ВАХ: вихідна rc=?Ucч/?Ic.

Uзи=const (отсечки).

?10−100кОм Стокозатворная характеристика.

крутизна:

S=(dIc/dUзи).

Uc=const.

(МДП)-транзисторы-МОП МОП: -з встроенным.

— з индуцируемым Структура і работа.

Работа полягає в явище зміни провідності при поверхневому шарі напівпровідника за українсько-словацьким кордоном з діелектриком під впливом електричного поля. ВАХ: стокзатворная ізольований канал Встроенный канал cтокзатворная.

rк=1/s «+"високе Rвх 1012…14 Ом, високі допустимі напруги Применение: цифровая схемотехника, аналогові ключі, входные-выходные каскади підсилювачів потужності, керовані R.

Терристор П/п прилад з 3-мя і більше p-n переходами, застосовується для перемикання струмів. Розрізняють 2-х электродные — динистор і 3-х электродные — тринистор. Динистор: структура і работа Если докласти «+» до аноду то П1-П3 зміщуються прямо ->їх R мало, П2 зміщується назад. Принаймні зростання Uлк ширина П2 збільшується ->і з Uак створюється U пробою ->динистор відкривається. Після пробою П2 його R різко падає, і зовнішнє Uак перерозподіляється на П1и П3 ->різко зростає напруга, ->I теж зростає ->виникає «+» зворотний. Чим більший відкривається П2, то більше вписувалося відпирається П1 і П3, тем більше I. Струм через динистор, коли він відкритий, обмежується зовнішніми елементами ВАХ Если U на динисторе =0 тоді струм визначається ставленням E/Rн Застосування: можна побудувати генератор.

Тринистор: Один із баз має зовнішній висновокуправляючий электрод.

Подавая струм через базу можна збільшувати струм через перехід П3 і создовать умови для раннього відмикання тринистора -> I управл. может управляти моментом отпирания Применяют: керовані выпрямители, перетворювачі частоти, інвертори Пр.

Симисторы.

Елементи оптоэлектороники Світловий промінь ж виконує функцію ел. сигналу => «+» — немає впливу електромагнітних помех.

— повна ел. развязка.

— широкий диапозон частот.

— узгодження ланцюгів «-» не можна світло перетворити на механічне руху Основний елемент — оптрон -> пара з фотонної зв’язком ІВ — джерело світла, ФП — фотоприемник.

В ролі ІВ: лампи розжарювання, лазеры.

Як ФП: фото діоди, транзистори, резисторы.

Светодиод П. П прилад з однією p-n переходом світіння якого викликається рекомбинацией носія заряду з прямою смещении Вяскравість (канд/м2).

«+» — Широкий лінійний участок.

Фотодиод.

В.П прилад з однією p-n переходом ВАХ якого змінюється під впливом світлового потоку. Висвітлення п/п збільшує концентрацію неосновних носіїв заряда, увеличивает зворотний ток.

Розрізняють 2 режиму работы:

а)генераторный.

б)фотодиодный.

Iф-фототок Iобщ=Iф-Iт (e-U/m (T-1).

Фототранзистор. Можуть працювати з заданим зміщенням і з плаваючою робочої точкой Работа: світло потрапляє у базу, утворюються электрончики які зменшують бар'єр эмитерного переходу і збільшують дифузний струм транзистора.

ВАХ.

Електронні усилители Это найпоширеніші влаштування у електротехніці. Загалом сенсі підсилювач є перетворювач енергії джерела харчування в енергію сигналу навантаження, під впливом вхідного управляючого сигналу, яка має значно менше енергії. Матеріальної моделлю підсилювача є його диференціальний рівняння. Усилитель-нелинейный елемент однак у лінійних підсилювачах нелінійний мала і тому нелинейные диференціальні рівняння линеаризируют =>одержуючи комплексний коефіцієнт передачі підсилювача: К (j?)=?Uвх (j?)/?Uвх (j?) АЧХ-|К (j?)| ФЧХ-argК (j?) Модель підсилювача: e=KххU1.

1)Kхх-комплексное число посилення К0 модуль коефіцієнта посилення 2) Zвхопір U1/I1 3) Zвыхопір Uxх/Iкз.

Класификация. 1) По вхідному і вихідному сигналу (I, U, P) 2) За родом своєї сигнала: переменные, постійні, імпульсні 3) За принципом зв’язок між каскадами: с емкостной, трансформаторній, оптичної і др.

Спотворення підсилюючих устройств Важным показником підсилювачів є точність вопроизведения не вдома вхідного сигналу. Будь-яке відхилення є спотворенням Uвых=kUвх Спотворення бувають лінійні нелинейные і перехідні. Лінійні виникають через частотною залежності Кусил.

Частотные Мн=К0/Кн Мн (Дб)=20lg (К0/Кн) Мв= К0/Кв.

Фазові спотворення Поява додаткового фазового зсуву між Uвх і Uвых Переходные спотворення вважають всяке на відміну від перехідною характеристики h (1) усилительного устрою від функції одиничного скачка Нелинейные спотворення пояснюються наявністю нелінійних элементов (все п/п елементи, котушки, конденсатори) Через війну спектр вихідного сигналу збагачується вищими гармоніками і виходять нелинейные спотворення. Розглянемо амплитудную характеристику усилителя.

1)Коэфициент нелінійного спотворення (КНИ) | | N| | |(| | |U2mn| |Кни| | |=(|n=2 | | | N| | |(| | |U2mn| | | | | |n=1 |.

2)Коэффициент гармонійних спотворень | | N| | |(| | |U2mn| |Кги| | |=(|n=2 | | | | | |U2m1| | | |.

Кг=Um3/Um1 3) Шумы підсилювача, дрейф нуля.(шумы теплові, дротовые, фригерные).

Зворотний зв’язок підсилюючих пристроїв. Сучасні підсилювачі мають значними разбросами параметрів, нелинейностью, температурної нестабильностью. Наиболее ефективний засіб зменшення цих факторів є запровадження глибокої негативною зворотної зв’язку (вхідний напруга формується, як результат вирахування вхідного напруження і частини вихідного сигналу, причому так щоб звести відмінності до мінімуму). Тим самим було компесируется вплив всіх згаданих чинників що призводять до відмінності від вхідного сигналу: частотні перекручування та нестабільність параметрів посилення Розрізняють зворотний зв’язок по постояному і перемінному току, позитивні і негативні. Різновиду ОС ОС розрізняють за способом отримання сигналу: 1) ОС по напряжению.

2)ОС по току.

3)Комбинированные По способу запровадження сигналу ОС.

1)Последовательная ОС.

2)Паралельная ОС.

3) Комбинированные.

Вплив ОС на ті характеристики усилителей.

?=U1/ec (U2=0 (=U1/U2(ec =0 U2=KU1 Koc=U2/ ec =KU1/ ec U1= ec? +(U2= ec? +(KU1 U1=(ec? /1-K () Koc=(K? /1-K ()=K? /F=K? /(1-T).

Fглибина ОС ((F (1 — OОС).

Tпетлевое посилення (по зашморгу ОС) ООС підсилювача зменшує До в F (глубину) раз ООС підсилювача зменшує нестабільність параметрів підсилювача в F (глубину) раз ООС підсилювача зменшує частотні і фазові спотворення в F (глубину) раз Кос=(-?К/1+K ()= -?/((1/k)+()(-?/((бо в вході «-») ?=R2/(R1+R2) (= R1/(R1+R2) Kос= -(R2/R1) Нелинейные спотворення підсилювача зменшуються в F (глубину) раз Кгn. оос=Кгn/Fn.

Вплив ООС на вхідний опір підсилювача. Якщо ООС последовательная, то Rвхос=Rвх (1+Кхх ()+R ((RвхF Rвх збільшується завглибшки раз. Якщо ООС паралельна то Rвхос (Rвх (((R (/F)(R (/F Rвх зменшується завглибшки раз.

Вплив ООС на вихідний опір Якщо ООС за напругою то Rвыхос =Rвых/F Якщо ООС по току Rвыхос =Rвых+RосF.

Основні функционыльные елементи УУ 1) Элементы завдання режиму спокою. Педназначены для завдання робочої точки. Робоча точка характеризується: робітниками струмами і напругами. Iб, Uбэ, Uкэ, Iко Як елементів зазвичай використовуються резисторы, рідше діоди, стабилитроны, ИП 2) Элементы стабілізації режиму спокою Запровадження послідовної ООС по току Uвх=Uбэ+Uэ Uбэ=Uвх-Uэ Uэ=Uос Введение паралельної ООС по напряжению.

3)Элементы зв’язку УУГальванічна -ЕмкостнаяИндуктивнаяОптическая Выбор режиму роботи транзистора в УУ та її работа С1-разделительный R1 R2-базовый делитель (для завдання U з урахуванням) Uэ-Uос (для термостабилизации) Сэ-для усунення ОС по (I Rк-для зняття вых U.

Характеристики RC ланцюгів Дифференцирующая ланцюг Интегрируюшая цепь К (j?)=U2(j?)/U1(j?) АЧХ=(К (j?)((Z (=((a2+b2) ФЧХ=argК (j?) argZ=arctg (b/a) Xc=1/ j? c K (j?)=Z2/(Z1+Z2)=R/(R+(1/ j? c))=Rj?C/(Rj?c+1)= +=?(/j?(+1=(К (j?)(= ?(/(1+(?()2 argК (j?)=arctg?= arctg (j?)= ?/2- arctg (?() АЧХ.

1 1.

ФЧХ -(/2.

(/2 Інтегруюча К (j?)=Z2/(Z1+Z2)=(1/j?c)/(R+1/(j?c)=1/(Rj?c+1)= =1/(j? (+1) К (j?)=1/?(1+(? ()2) arctg K (j?)=arctg0-arctg? (= - arctg? (———————————- (1 Провідник 2 П/П ((3 Диэлектрик.

? (Е>6еВ.

? 0,1~3 еВ.

R.

Т.

F.

р

n.

n.

р

n.

р

I.

U.

Ge=0,3−0,4 B.

Si=0,6−0,8B.

n.

р

l.

c.

U.

U.

I.

U.

I.

t1 t2.

Реальная.

t1>t2 10 °C.

I0=> Si=2,5.

Ge=2.

U.

I.

1 2 3.

I min.

I max.

U.

I.

U cт.

I ст.

I ст.

U cт.

Rбал нагрузка.

U.

I.

VD.

Uст=Uн.

Cv.

Cp.

C.

L.

+Uупр

«-» R.

U.

U.

I.

I.

0,7 В мВ.

p n p.

Э К.

— К.

— Э.

p n p.

Б Б.

IБ.

n-p-n.

+К.

+Э.

p n p.

— К.

+Э.

p n p.

+К.

— Э.

p n p.

+Б.

+Б.

— Б.

+Б.

— Б.

— Б.

— Б.

+Б каналом вых v.

rвх=? S=?Ic/?зи r=?Uси/?Ic.

Б К.

Э.

p n p.

Есм=Uэб.

+ Uкб ;

+ ;

Uвых.

Rк.

+ Ек.

;

Rэ ;

Еэ +.

Rб +.

Еб _.

Rб +.

Еб _.

Uвых.

Rк.

+ Ек.

_.

Uвых.

+ Rэ Е.

_.

Uбэ.

Uкб.

Iб.

Uк=0.

Iк.

Uкэ.

Iк отсечка насыщение активный режим.

Iб.

Uк=0.

Uэб.

Iэ.

Uк>0.

Iэ4 Iэ3 Iэ2.

Iэ1.

Iэ0.

Б r б.

r э.

Ск*.

>> К.

Iк=(Iб.

r*к Э.

Ск.

>> К.

Iк=?Iэ.

r до Б Э r э.

r б.

f -частота зрізу для ?

0,7.

Чотирьох полюсник.

I1 I2.

U1.

U2.

n-тип + сток.

— затвор подложка.

+ - исток.

_.

— +.

— +.

+ Uзи ;

?Ic.

И С.

З.

p n p.

і із с.

n p n.

Uзи4.

Оммическая обл.

?Uзи.

?Uси.

Uси.

Iс.

Uзи2.

Uзи3.

Uзи=0.

?Ic.

Uзи.

Iс.

Iс начальный.

n-канал p-канал.

— із +.

+ с.

_ и п.

п.

+ з.

+ с.

_ и.

+ і - із — с.

n p n.

дірки електрони вмонтований канал.

Uзи=0.

Uзи1.

Uзи2.

— Uзи1.

p-кана n-канал.

Uси.

Iс.

Un=0.

Iс.

Uзи.

Un=0.

U порог.

p-кана n-канал.

Iс.

Uзи.

U порог.

U отсеч.

Un=0.

Базы К;

А+.

p n p n.

П1 П2 П3.

VS.

R.

C.

VS.

П1 П2 П3.

p n p n.

Uоткр Uзкр Uвкл Uак.

Iоткр мах.

Iвкл Iзкр

U.

E Uвкл.

+E.

Rн.

VS.

+U Ra, А К;

p n p n.

I упр

A n.

p.

K.

I пр

Iупр1 Iупр2 Iупр=0.

Uвк1 Uвк2 Uвкл Uак.

Iоткр мах.

Iвкл.

Імпульс управл.

I упр

U вкл.

I упр

Iупр1 Iупр2 Iупр=0.

Uвк1 Uвк2 Uвкл Uак.

Iоткр мах.

Iвкл.

ФП.

ИС.

B.

+I пр

— I Rн.

I темновой I.

U Iф1 Iф2 Iф3 Iф4.

+Eк.

Rк.

Rб + Есм.

Rэ Ф=0.

Ф1.

Ф2.

Ф3.

wн wв w в.

Uкэ.

Iк.

Ri I1 Zвых I2.

U1 Zвх U2 Zн ~ eвх е=U2xx.

Ф4.

К0.

Кн.

Uвх.

Uвых.

t.

h (t).

(.

0,9.

0,1.

t0 tуст.

w.

((/2.

-(/2.

Uос.

Uос.

Zос.

Uос Rос.

Rc.

e (.

Uос Rос.

Rc.

e (.

E Uвх U1 Uвых=U2.

(+ K.

Uос (.

R2.

R1.

;

+ K.

w.

/K/.

F.

F Kос.

W1 W2.

Uбэ Uвх Rэ.

Uэ.

Rк.

Rос Rг.

VT.

+Eк.

R1 Rк.

Rг Ср1 Ср2.

Є R2 Rэ Се Rн.