 |
Емкостные свойства р-n перехода
|
|
|
|
Наличие в р-n переходе ионов примесей и подвижных носителей заряда, находящихся вблизи границы перехода, обуславливает его емкостные свойства (рис. 5).
Имеются две составляющие емкости р-n перехода: барьерная (зарядная) Сбар и диффузионная Сдиф. Барьерная емкость обусловлена наличием в р-n переходе ионов донорной и акцепторной примесей, р- и n-области образуют как бы две заряженные обкладки конденсатора, а сам обедненный слой служит диэлектриком. В общем случае
Рисунок 5
, (8)
где С0 – емкость р-n перехода при Uобр = 0 (300…600 пФ);
γ – коэффициент, зависящий от типа перехода (для резких р-n переходов γ = 1/2, для плавных γ = 1/3).
С увеличением обратного напряжения барьерная емкость уменьшается. Такое свойство барьерной емкости позволяет использовать переход как емкость, управляемую величиной обратного напряжения.
Зависимость емкости от приложенного напряжения называется вольтфарадной характеристикой. Характер зависимости Сбар = f(Uобр) показан на рис. 6, где кривая 1 соответствует плавному р-n переходу, а кривая 2 – резкому.
Диффузионная емкость обусловлена изменением числа неравновесных носителей заряда в базе при возрастании прямого напряжения на переходе (кривая 3 на рис. 6):
, (9)
где Iпр – прямой ток, протекающий через переход;
τ – время жизни инжектированных носителей.
Рисунок 6
Диффузионная емкость всегда зашунтирована малым прямым сопротивлением р-n перехода и во многом определяет быстродействие полупроводниковых элементов.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. - М.; Энергоатомиздат, 2000.
2. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.
|
|
|
3. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П.Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.
4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.
5. Прянишников В.А. Электроника. - СПб; Корона принт, 2002.
6. Хоровиц П., Хилл У.. Искусство схемотехники.- М.:Мир, 1997.
7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.
Дополнительная
1. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.
2. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.
3. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.
4. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.
5. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.
Лекция №11 - 12
Полупроводниковые приборы
План лекции
1. Полупроводниковые диоды.
2. Биполярные транзисторы.
2.1. Режимы работы биполярного транзистора.
2.2. Принцип действия биполярного транзистора.
2.3. Токи в биполярном транзисторе.
2.4. Система h-параметров.
2.5. Параметры биполярных транзисторов.
3. Полевые транзисторы.
3.1. Параметры полевых транзисторов.
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный прибор, содержащий один или несколько переходов и два вывода для подключения к внешней цепи. Полупроводниковый диод как элемент электрической цепи является нелинейным двухполюсником, имеет два вывода и нелинейную ВАХ.
Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных р-n переходов.
Полупроводниковые диоды классифицируются по типу исходного материала, конструктивно-технологическим особенностям, назначению и пр.
|
|
|
По типу исходного материала диоды бывают германиевые, кремниевые, селеновые, карбид-кремниевые, арсенид-галлиевые и др.
По конструктивно-технологическим особенностям диоды бывают точечные, сплавные, микросплавные, диффузионные, эпитаксиальные, с барьером Шотки, поликристаллические и др.
По назначению диоды делятся на
- выпрямительные (силовые), предназначенные для преобразования переменного напряжения источников питания промышленной частоты в постоянное;
- стабилитроны (опорные диоды), предназначенные для стабилизации напряжений, имеющих на обратной ветви ВАХ участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока;
- варикапы, предназначенные для использования в качестве емкости, управляемой электрическим напряжением;
- импульсные, предназначенные для работы в быстродействующих импульсных схемах;
- туннельные и обращенные, предназначенные для усиления, генерирования и переключения высокочастотных колебаний;
- сверхвысокочастотные, предназначенные для преобразования, переключения, генерирования сверхвысокочастотных колебаний;
- светодиоды, предназначенные для преобразования электрического сигнала в световую энергию;
- фотодиоды, предназначенные для преобразования световой энергии в электрический сигнал.
Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-n переходами. Биполярные транзисторы различаются по структуре. В зависимости от чередования областей различают биполярные транзисторы типа «p-n-p» и «n-p-n» (рис. 1).
Область транзистора, расположенная между р-n переходами, называется базой. Область транзистора, из которой происходит инжекция носителей в базу, называется эмиттером, а соответствующий переход – эмиттерным.
а) б)
Рисунок 1
Область транзистора, осуществляющая экстракцию носителей из базы, называется коллектором, а переход – коллекторным.
По применяемому материалу транзисторы делятся на германиевые, кремниевые и арсенид-галлиевые.
По технологии изготовления транзисторы бывают сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, планарные. Толщина базы делается значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей в ней. При равномерном распределении примеси в базе внутренне электрическое поле в ней отсутствует, и неосновные носители движутся вследствие процесса диффузии. Такие транзисторы называются диффузионными или бездрейфовыми. При неравномерном распределении примесей в базе имеется внутреннее электрическое поле, и неосновные носители движутся в ней в результате дрейфа и диффузии. Такие транзисторы называются дрейфовыми. Кроме того, концентрация атомов примесей в эмиттере и коллекторе (низкоомные области) значительно больше, чем в базе (высокоомная область).
|
|
|
Площадь коллекторного перехода больше эмиттерного, что способствует увеличению коэффициента переноса носителей из эмиттера в коллектор.
По мощности, рассеиваемой коллекторным переходом, транзисторы делятся на:
- малой мощности (Р < 0,3 Вт);
- средней мощности (0,3 Вт < P < 1,5 Вт);
- большой мощности (Р > 1, 5 Вт).
По частотному диапазону транзисторы делятся на:
- низкочастотные (fпр < 3 МГц);
- среднечастотные (3 МГц < fпр < 30 МГц);
- высокочастотные (30 МГц < fпр < 300 МГц);
- сверхвысокочастотные (fпр > 300 МГц).
|
|
|
