Файл: Ответы на билеты Вопрос Характеристика и параметры p n перехода. Ответ.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ответы на билеты
Вопрос 8.
Характеристика и параметры p – n перехода.
Ответ.
P – n переходом называется контакт двух объектов полупроводника
противоположного типа проводимости. Граница между p и n областями представляет собой кристаллографическую плоскость в полупроводнике с шириной запрещенной зоны Eg, с одной стороны которой он легирован мелкой примесью до концентрации ND, а с другой стороны – мелкой акцепторной примесью до концентрации NA.
Атомы 5-валентной примеси (доноры) легко отдают один электрон в зону проводимости, создавая избыток электронов в полупроводнике, не занятых в образовании ковалентных связей, при этом, проводник приобретает проводимость n-типа.
Введение 3-валентной примеси (акцепторов) приводит к тому, что последняя, отбирая по одному электрону от атомов полупроводника для создания недостающей ковалентной связи, сообщает ему проводимость p-типа, так как образующиеся при этом дырки (вакантные энергетические уровни в валентной зоне) ведут себя в электрическом или магнитном полях как носители положительных зарядов.
Дырки в полупроводнике р-типа и электроны в полупроводнике n-типа называются основными носителями в отличие от неосновных (электроны в полупроводнике р-типа и дырки в полупроводнике n-типа), которые генерируются из-за тепловых колебаний атомов кристаллической решетки.
Если полупроводники с разными типами проводимости привести в соприкосновение технологическим путем, то электроны в полупроводнике n-типа получают возможность занять свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. Произойдет рекомбинация электронов с дырками вблизи границы разнотипных полупроводников.
Если к полупроводнику приложить электрическое напряжение, то в зависимости от полярности этого напряжения р-n переход проявляет совершенно различные свойства. Можно считать, что электрический ток через р-n переход протекает, если полярность напряжения источника питания прямая, и, напротив, тока нет, когда полярность обратная.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) является графической зависимостью протекающего через р-n переход тока от приложенного к нему внешнего напряжения I=f(U).
Дифференциальное сопротивление перехода
(rпер ) есть сопротивление для приращений тока ΔI , малых по сравнению с постоянной составляющей тока I, определяющей величину rпер , другими словами, rпер – сопротивление перехода переменному току в заданной точке ВАХ.
Пробоем называют резкое изменение режима работы перехода, находящегося под обратным напряжением. Характерной особенностью этого изменения является резкое уменьшение дифференциального сопротивления перехода (Rдиф).
P-n переход обладает емкостью, которую можно считать подключенной параллельно переходу. Эту емкость принято разделять на две составляющие: барьерную емкость Сбар, отражающую перераспределение зарядов в переходе, и диффузионную емкость Сдиф, отражающую перераспределение носителей зарядов в базе. Барьерная емкость увеличивается с ростом Nа и Nд, а также с уменьшением обратного напряжения. Диффузионная емкость представляет собой отношение приращения инжекционного заряда dQинж к вызвавшему его изменению напряжения dUпр.
Полная емкость р-n-перехода определяется суммой барьерной и диффузионной емкостей.
Вопрос 14.
Конструкция, условное обозначение, параметры и область применения туннельных диодов. Приведите примеры маркировки туннельных диодов.
Ответ.
Особенностью устройства туннельного диода является очень узкий p-n переход и значительное количество присадок. При производстве туннельных диодов используются: доноры – олово, сера, теллур, свинец, селен, а также акцепторы – кадмий и цинк. Применяются германиевые полупроводники, в которых: доноры – мышьяк и фосфор, а акцепторы – алюминий и галлий. Примеси вводят в состав диода путем вплавления или диффузии.
Туннельные диоды с чрезвычайно малым сопротивлением относят к группе вырожденных. Для них характерны:
-электронно-дырочный переход – в десятки раз тоньше, по сравнению с обычными диодными устройствами;
-потенциальный барьер – в 2 раза выше относительно стандартных полупроводниковых деталей;
-наличие напряженности поля даже при отключении питающего напряжения – 106 В/см.
Уникальные свойства туннельного диода проявляются в его вольтамперной характеристике (ВАХ) при прямом смещении в полупроводнике (рис. 1).
Рис. 1. ВАХ туннельного диода
Как можно увидеть из рис.1, на отрезке А ток растет с увеличением напряжения. На участке В полупроводник проявляет отрицательное сопротивление (туннельный эффект), приводящее к тому, что при росте вольтовой характеристики ток снижается. На отрезке С прибор снова обеспечивает прямую зависимость между током и напряжением.
Условное обозначение туннельного диода приведено на рисунке 2.
Рис. 2. Условное обозначение туннельного диода
Основными параметрами туннельных диодов являются следующие:
-ток пика – максимальный ток прямого направления;
-пиковое напряжение, характерное для тока пика;
-минимальный ток (ток впадины) и характерное для него напряжение;
-напряжение скачка – максимальный перепад напряжений;
-емкость – емкость между выводами полупроводника при определенной вольтовой характеристике смещения.
Туннельные диоды предназначены для работы как раз на отрезке, для которого характерно отрицательное сопротивление. Небольшое повышение напряжения выключает его, а снижение – включает.
Туннельные диоды применяются:
-в качестве высокоскоростного выключателя;
-в роли усилителя, в котором повышение напряжения вызывает более значительный рост тока, по сравнению со стандартными диодными устройствами;
-для получения и усиления электромагнитных колебаний;
-в радиоэлектронных переключающих и импульсных устройствах различного назначения, для которых актуально высокое быстродействие.
В обозначении диодов присутствует несколько позиций (обычно 5). Первой идет буква или цифра. Цифры 1, 2, 3 обозначают, что диод предназначен для военного применения (имеет более широкий температурный рабочий интервал, по сравнению со стандартными полупроводниками). На первой позиции может стоять буква, указывающая на материал, используемый при изготовлении детали: Г – германий, А – арсенид галлия. Вторая позиция показывает класс полупроводника, Д – обозначает «диод». На третьей позиции отображают характеристики мощности или частоты. Четвертая – двух- или трехзначный серийный номер. В конце обозначения производитель предоставляет дополнительную информацию. Примеры маркировок туннельных диодов:
1И102А; ГИ304А; 3И102Д; АИ201К.
Вопрос 28.
Вольт-амперные характеристики тиристоров.
Ответ.
Вольтамперные характеристики тиристоров относятся к S-образным характеристикам приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением. ВАХ тиристора имеет несколько различных участков (рис. 3).
Рис. 3. ВАХ тиристора
На рисунке 3 приведены следующие обозначения:
VG – напряжение между анодом и катодом;
Iу, Vу – минимальные удерживаемые ток и напряжение;
Iв, Vв – ток и напряжение включения.
Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению, подаваемому на первый p1-эмиттер тиристора.
Положительным считается направление тока, втекающего в анодную область р-типа электропроводности, к которой подсоединен положительный полюс источника питания. Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением.
В этом случае основная часть напряжения VG падает на коллекторном переходе П3, который смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П1 и П2 включены в прямом направлении.
Точку, для которой напряжение на прямой ветви ВАХ тиристора максимально, называют точкой включения. Напряжение на аноде, соответствующее этой точке, называют напряжением включения Uв, а ток – током включения Iв.
В точке переключения дифференциальное сопротивление обращается в нуль, а напряжение на структуре достигает максимального значения, равного напряжению включения Uв.
Если уменьшать ток через тиристор, то по достижении некоторого минимального тока, который необходим для поддержания его в открытом состоянии, называемого током выключения Iвыкл или Iу (удерживающим), происходит переключение в закрытое состояние.
ВАХ тиристора в двухэлектродном включении представляет собой зависимость напряжения на аноде в функции тока анода UA(IA). При двухэлектродном включении тиристора ток управления равен нулю (IУ=0) и поэтому ток анода равен току катода IA = IK = I.
Вопрос 40.
Приведите схемы различных видов межкаскадных связей в транзисторных усилителях и объясните их особенности.
Ответ.
В транзисторных усилителях существует четыре вида схем межкаскадной связи:
1. Гальваническая;
2. Резисторная;
3. Трансформаторная;
4. Дроссельная.
Используются также комбинации и видоизменения этих схем. Название усилительного каскада определяется применённой в нём схемой межкаскадной связи (например, резисторный каскад, трансформаторный каскад и т.д.).
Гальваническая межкаскадная связь реализуется посредством элементов, обладающих проводимостью сколь угодно медленных изменений тока (проводников, резисторов, стабилитронов, гальванических элементов и пр.). Каскады с гальванической связью разделяются на каскады с прямой (непосредственной) связью и каскады с потенциометрической связью. В каскадах с непосредственной связью выходной электрод предыдущего каскада соединяется входным электродом последующего непосредственно, а питание и смещение на них поступают через резистор R (рис.4).
Рис. 4. Каскады с непосредственной гальванической связью
В каскадах с потенциометрической связью сигнал на следующий каскад передаётся через делитель напряжения (потенциометр), состоящий из резисторов R1 и R2, а питание выходной цепи и смещение во входную цепь подаются через резисторы R4 и R3 соответственно (рис. 5).
Рис. 5. Каскады с потенциометрической гальванической связью
Достоинством каскадов с гальванической связью является их способность усиливать сигналы сколь угодно низкой частоты наряду с усилением средних и высоких частот. Недостатком этих каскадов является дрейф нуля и сложность обеспечения нормального режима работы УЭ в многокаскадном усилителе с одним источником питания. Недостатком каскадов с потенциометрической связью является несколько пониженное усиление и необходимость наличия дополнительного источника питания.
В каскадах с резисторной связью используется резисторная (точнее резисторно-конденсаторная) схема межкаскадной связи. Здесь через резистор RК на коллектор транзистора подаётся питающее напряжение, и на этом же резисторе выделяется напряжение усиленного каскадом сигнала. Разделительный конденсатор С3 преграждает путь постоянной составляющей напряжения из выходной цепи на вход следующего каскада (рис. 6).
