Файл: Первый билет.docx

Одиннадцатый билет

11. Контакт р- и n- полупроводников (p-n переход). Равновесное состояние.

Примерами контактов являются контакты металлов, призванные беспрепятственно пропускать ток,контакт полупроводников p и n-типа(p-nпереход).

26. Шумы электронных приборов.(не из пособия)

Обычно шумы в электронных приборах рассматриваются как стационарные случайные процессы во временной или частотной области. Основными источниками шумов являются шумы полупроводниковых приборов, электронных ламп и сопротивлений, обусловленные происходящим в этих приборах процессом движения дискретных электрических зарядов. Изменение количества электронов в единицу времени создают непрерывные колебания тока около какой-то постоянной средней величины. Эти колебания называются флуктуациями тока, которые обусловлены дискретной природой электричества. Таким образом, шумы усилительных элементов представляют собой малые беспорядочные колебания (флуктуации) выходного тока около своего среднего значения (рис. 10.1). Собственные шумы электронных ламп и транзисторов ограничивают предел возможного усиления малых сигналов.



Шумовые свойства транзисторов и ламп определяются следующими составляющими: так называемым дробовым шумом, шумом, обусловленным перераспределением тока между электродами

усилительного элемента; шумом, вызванным эффектом мерцания эмиттирующих электродов (фликкер-

---

эффект); тепловым шумом. Напряжение собственных шумов усилительного устройства измеряют при закороченных по переменному току входных зажимах, т. е. при U_вх = 0.

41. Особенности схемотехники цифровых интегральных схем.

Технология изготовления ИС практически не ограничивает разработчика в количестве элементов, но ограничивает количество их типов до 2 – 3, иногда даже одного типа. Это особенно характерно для цифровых ИС (ЦИС). Ещё одна особенность ЦИС – использование ключей одного типа во всех её частях. Для ЦИС характерен специфический набор главных параметров.

Скорость изменения состояния ключей, которое определяет быстродействие (тактовую частоту fC) ЦИС. Чаще всего быстродействие оценивается средним временем переключения t:

t = (t01 + t10) / 2,

где t01 и t10 – время перехода ключа из состояния 0 в состояние 1 и наоборот, соответственно.

Энергопотребление ключей оценивается средней потребляемой мощностью Р:

Р = (Р0 + Р1) / 2, (7)

где Р0 и Р1 – мощности, потребляемые ключом в состояниях 0 и 1.

Главным критерием качества ключей ЦИС является средняя энергия переключения Pt – энергия, затрачиваемая на одно изменение состояния ключа. В настоящее время эта величина приближается к 10^-12 Дж.

Зная Pt можно оценить среднюю потребляемую мощность ЦИС в целом. Так как вся потребляемая электрическая энергия переходит в тепловую, т.е. рассеивается в виде тепла, эту мощность называют рассеиваемой мощностью Ррасс. Очевидно, что Ррасс пропорциональна Pt, количеству ключей m и количеству их переключений в секунду, т.е. тактовой частоте fC:

Ррасс = Pt · m · fC

Особенностью ЦИС является также высокая помехоустойчивость

---

Очевидно, что если напряжение, которое отличает нулевое состояние от единичного выбрано правильно, а именно U1/2, то помеха ошибок не вызывает.

56. Аналого-цифровые интегральные схемы. АЦП и ЦАП.

Разнообразный класс образуют дискретно-аналоговые ИС. В таких ИС сигналы на входах и выходах могут быть и цифровыми, и аналоговыми. Типичными задачами, решаемыми дискретно-аналоговыми ИС, являются преобразование цифрового сигнала в аналоговый и обратное преобразование. Первые из них получили название цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Вторые – аналого-цифровые преобразователи (АЦП).



Очевидно, что схема основывается на инвертирующем включении ОУ с ООС (см. разд. 5.6). Входное четырёхразрядное двоичное число определяет состояние ключей схемы – замкнутое или разомкнутое. Так, если замкнут только ключ S0, с учётом свойств инвертирующего включения:

Uвых = Uвх Kuoоc = Uоп Kuoоc ≈ Uоп (Rn / R0), (17)

где Uоп – опорное напряжение. В общем случае, поскольку при четырех ключах возможны 16 состояний схемы,

Uвых ≈ Uоп (Rn / R0)z , (18) где z = 0, 1, 2. 15.

Точность преобразования двоичного кода в аналоговое напряжение зависит, главным образом, от точности и стабильности опорного напряжения, точности и стабильности отношений сопротивлений резисторов схемы. Последнее обеспечивается сильной корреляцией параметров элементов ИС.

На выходе ЦАП напряжение будет не чисто аналоговым, а ступенчатым. Более точное приближение к аналоговому сигналу достигается увеличением разрядности ЦАП, т.е. увеличением числа ключей и резисторов схемы.

Схема простейшего АЦП приведена на рис. 55.

---

Здесь ОУ выполняют функцию компаратора. Согласно (12), если напряжение на неинвертирующем входе ОУ больше, чем на инвертирующем, выходное напряжение положительное и считается логической единицей, т.е. х = 1. В противном случае х = 0. На все неинвертирующие входы АЦП подаётся входное напряжение Uвх. На инвертирущие входы подаются напряжения с резистивного делителя напряжения. Эти напряжения зависят от опорного напряжения Uоп и от точки подключения входов к делителю (чем ниже по схеме, тем меньше). Поэтому при любом мгновенном значении Uвх часть компараторов выработает 1, другая часть – 0. Происходит преобразование аналогового входного напряжения в некоторое двоичное четырёхразрядное число. Как и в случае ЦАП, точность преобразования определяется точностью и стабильностью опорного напряжения, сопротивлений резисторов и количеством разрядов. Если рассматривать погрешность преобразования ∆ Uвх как некоторую помеху, шум, то отношение сигнал/шум S/N в децибелах можно приближённо рассчитать по формуле:

S/N ≈ Z ∙ 6 дБ , (19)

где Z – разрядность преобразователя.

---

Двенадцатый билет

12. P-n переход: контактная разность потенциалов, толщина, напряжение пробоя, ёмкость p-n перехода.

Контакт p и n полупроводников, или p-n переход, как и m-n переход, является одним из распространенных видов контактов, используемых в электронике. Его главным свойством является односторонняя проводимость, т.е. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение). При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию донорной примеси Nд или акцепторной примеси Nа. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью, с меньшей –слаболегированной. Такие переходы называют асимметричными, их сильнолегированную область – эмиттером, слаболегированную – базой.

Сильнолегированную область обозначают n + или p +, рис.15:




На границе p и n областей существуют значительные градиенты концентрации свободных электронов и дырок dn/dx и dp/dx. Поэтому в p-n переходе даже в отсутствие внешнего напряжения происходит диффузия основных носителей в смежную область, т.е. наблюдается диффузионный ток основных носителей Iдф. При этом в p-n + переходе dn/dx » dp/dx и поэтому будет преобладать электронная составляющая диффузионного тока Iдф.n. В p⁺ -n переходе dn/dx « dp/dx и поэтому будет преобладать дырочная составляющая Iдф.p.

Контактнуюразностьпотенциаловв отсутствие внешнего напряжения k0 можно найти по формуле:



Подставив сюда значение термического потенциала при комнатной температуре T=0.025В, типичные

---