Схема включения транзистора с общей базой
1)Полупроводники(Схемы валентных связей ,основные носители зарядов ,донорные и акцепторные примеси ,рекомбинация)
Полупроводники - принадлежат к классу веществ , которые имеют твердую кристаллическую структуру ,и по свойствам проводимости электрического так занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Сопротивление ПП зависит от внешних факторов: температуры , эл. и магнитных полей , светового и ионизирующего излучения.
Обладают следующими свойствами:
а) отрицательный температурный коэффициент сопротивления - с увеличением температуры их сопротивление уменьшается;
б) добавление примесей приводит к снижению удельного сопротивления
в) на электрическую проводимость влияют радиация, электромагнитное излучение.
В ПП все валентные электроны прочно сцеплены с кристаллической решеткой благодаря ковалентной связи.Пока эта связь существует, электроны не могут переносить электрический заряд.
Проводимость чистого ПП называется собственной, сам же ПП относят к i-типа. Собственная проводимость обычно невелика. Значительно большую проводимость имеют ПП с примесями, к тому же ее характер зависит от вида примесей.
Атомы германия размещены в узлах кристаллической решетки, их связь с другими атомами осуществляется с помощью четырех валентных электронов. Двойные линии между узлами указывают на ковалентный характер связи, т.е. каждая пара валентных электронов принадлежит одновременно двум соседним атомам. При температуре абсолютного нуля и при отсутствии облучения в ПП отсутствуют движущиеся носители и его электрическое сопротивление велико (бесконечно). При обычных условиях, вследствие воздействия на вещество тепловой энергии, некоторые из валентных электронов разрывают ковалентные связи - происходит процесс генерации пар носителей: электронов и дырок. При этом дырка имеет положительный заряд. Если теперь поместить ПП в электрическое поле, возникнет направленное движение зарядов - электрический ток. В отличие от проводников ток в ПП обеспечивается носителями двух зарядов - положительный "+" и орецатльных"-".
Кристаллическая решетка германия
Добавим в германий пятивалентную примесь
При застывании в некоторых узлах кристаллической решетки германия его атомы замещаются атомами примеси. При этом четыре валентных электрона примеси создают систему ковалентных связей с четырьмя валентными электронами германия, а пятый электрон примеси оказывается избыточным .Примесь, которая отдает свободные электроны, называется донорной. ПП с преобладающим количеством свободных электронов называется ПП с электронной проводимостью, или ПП n-типа. Свободные электроны оставляют в узлах кристаллической решетки неподвижные положительно заряженные ионы, что создает в кристалле положительный объемный заряд.
Введем в германий примесь с тремя валентными электронами.
Для образования ковалентной связи между Gе иIN одного электрона не хватает. При воздействии теплоты окружающей среды электроны с верхнего уровня валентной зоны перемещаются на уровень примеси ,создавая связи, которых не хватает, благодаря чему в валентной зоне образуются подвижные дырки, а атомы примеси превращаются в отрицательные ионы. Такая примесь называется акцепторной, а ПП с Преимущественным количеством дырок - ПП с дырочной проводимостью, или p-типа .Преобладающие в НП подвижные носители заряда называются основных, остальные -неосновных.
4)Специальные диоды: стабилитрон, динистор ,туннельный диод ,варикап , светодиод,фотодиод(определение ,обозначение ,где применяется).
Стабилитрон – ПП диод,в котором напряжение в зоне электрического пробоя почти не зависит от тока на обратной ветви ВАХ. Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Основная область применения стабилитрона — стабилизация постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора стабилитрон выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах стабилитрону отводится только функция источника опорного напряжения, а регулирующим элементом служит внешний силовой транзистор.
Динистор – двухэлектродные тиристоры , открываемые в прямом направлении прямым напряжением ,имеет четирехшаровую структуру и три p-n перехода( без управляемого электрода). Динистор можно встретить на печатных платах энергосберегающих ламп ,предназначенных для установки в цоколь обычных ламп (используются в цепи запуска). Также динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах ,предназначенных для ламп дневного света.
Тунельный диод – это ПП прибор ,у которого специфический тоннельный эффект приводит к появлению на ВАХ ,при прямом напряжении ,участка негативной проводимости. Быстродействующий прибор ,который используется в генераторах высокочастотных колебаний (Туннельный эффект достигается за счет очень высокой концентрации примесей в p- и n-областях.)
Варикап - полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей. У варикапа при изменениях величины обратного напряжения изменяется емкость, благодаря чему он может применяться, например, для автоматичных настройки контуров радиоприемника или телевизора на нужную станцию или канал.
Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Применение:
В уличном, промышленном, бытовом освещении (в т.ч. светодиодная лента)
В качестве индикаторов - как в виде одиночных светодиодов (например, индикатор включения на панели прибора), так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например, цифры на часах)
Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие массивы часто называют светодиодными кластерами или просто кластерами
В оптопарах
Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах
Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны, интернет[10])
В подсветке ЖК-экранов (мобильные телефоны, мониторы, телевизоры и т. д.)
Фотодиод – фотоэлектрические приборы со внутренним фотоэффектом ,который состоит в том ,что под действием световой энергии происходит ионизация атомов основного вещества и примесей в результате чего возникает обратный ток. При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода
7) Основные схемы включения биполярного транзистора(название схем ,основные соотношения ,преимущества каждой схемы ,практическое применение).
Существует 3 основных схемы: с общим эмиттером ,коллектором ,базой.
Схема с ОЭ:
В схеме с общим эмиттером входным является ток IБ, а выходным - IK. Коэффициент усиления по току в этой схеме больше единицы и равен:
Коэффициент усиления по току приблизительно такой же, как и в схеме с обшей базой, а коэффициент усиления по напряжению в β раз больше, чем в схеме с общей базой.
К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например,в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.
Схема включения транзистора с общей базой
В схеме с общей базой входным током является ток IE, а выходным - IK. Поскольку ток IK меньше тока IЕ, то коэффициент усиления по току α в этой схеме, меньше единицы. Для современных резисторов он имеет значения 0,95-0,99.
Сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода rE малое - десятки ом, а сопротивление обратносмещенного перехода rK - сотни килоом. Поэтому, если в цепь коллектора включить сопротивление нагрузки и обеспечить выполнение условия rE << Rн << rK , то ток коллектора от этого не измениться. Если учесть, что ток коллектора только немного меньше тока эмиттера, то на Rн, будет выделятся напряжение Uвых намного больше чем входное. Коэффициент усиления по току KU может достигать нескольких тысяч.
Коэффициент усиления по мощности равен произведению коэффициента усиления по току и коэффициента усиления по напряжению KP = αKU, и в схеме с общей базой имеет тот же порядок, что и коэффициент усиления по напряжению.
Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается. Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.
Схема включения транзистора с общим коллектором
В схеме с общим коллектором входным является ток базы, в выходным - ток эмиттера. Коэффициент усиления по току:
В схеме ОК фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным - потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.
Входное сопротивление схемы ОК довольно высокое (десятки килоом), а выходное - сравнительно небольшое. Это является немаловажным достоинством схемы.
10) Триак (прибор ,условное обозначение ,схема замещения ,принцип работы ,условия включения и выключения)
Симистор или симметричный тиристор- прибор типа тиристора ,который является управляемым как при положительном так и при отрицательном напряжении. Используется для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тринистора.
Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзисторa). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки происходит вблизи моментов времени, когда напряжение на основных электродах симистора меняет полярность (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).
Схема замещения:
Симистор имеет пятислойную структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.
13) Основные электрические параметры тиристоров
1) Статические параметры:
- Ток включения І вкл;
- Ток удержания (минимальный прямой ток включенного тиристора при разомкнутой цепи управления, при дальнейшем снижении которого тиристор переходит в непроводящих состояние), составляет (0,01 - 0,7) А;
- Пороговое напряжение Uо, составляет до 2 В.
2) Предельные параметры:
- Максимально допустимое значение среднего тока через тиристор при определенных условиях охлаждения Іпр, составляет (0,1-2000) А;
- Максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uзв = (100-24000) В;
- Ток рабочего перегрузки, достигает 3*Ігр;
- Ударный ток в открытом состоянии, что не повторяется, достигает 20*Ігр;
- Допустимая средняя мощность потерь в открытом состоянии.
3) Динамические параметры:
-Время включения τвм (время перехода тиристора с непроводящего состояния в проводящее), что составляет (1 -10) мкс;
- Время выключения τвим (минимальный промежуток времени между прохождением через ноль прямого тока и повторным приложением напряжения к тиристору ,что не вызывает самовольного включения прибора ,- время восстановления запирающих свойств), составляет (10 -500 ) мкс;
- Допустимая скорость роста возобновляемого напряжения на тиристоре , что не приводит к его самовольному включению за счет емкостного тока смещения структуры (которая представляет собой паразитный конденсатор) и внутреннего положительного обратной связи (du / dt)крит = 20 - 500 В / мкс ( для гарантированного обеспечения неперевищення ее допустимого значения параллельно с тиристором обычно включают RC-цепь);
- Допустимая скорость роста прямого тока, не приводить к выходу тиристора из строя за счет локального перегрева структуры (du / dt)крит = 10 - 70 А /мкс (для гарантированного обеспечения не привішения ее допустимого значения последовательно с тиристором включают небольшую индуктивность-дроссель).
4) Параметры цепи управления:
- Это значение постоянного и импульсного токов цепи управления при напряжении источника в нем 12 В, и соответствующие им падение напряжения в цепи управления. Следует отметить, что длительность импульса управления должна быть больше включении тиристора - обычно составляет (15-20) мкс для активной нагрузки.
16) Полевой транзистор с изолированным затвором и индукционным каналом (прибор, принцип действия ,условное обозначение ,вольт – ампеперная характеристика ,отличительные свойства).
Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 10^17 Ом).
В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).
Прибор:
На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N+-типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO2. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N+-типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком
Принцип действия:
Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.
Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения( Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.)
ВАХ:
Как видно на графике а), вначале ток Iси растет прямопропорционально росту напряжения Uси. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически не растет. Этот участок называют активная область.
Когда Uси превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.
Сток-затворные (входные) ВАХ отражают зависимость тока стока от напряжения затвор-исток при фиксированной напряжения сток-исток
19) Краткие сведения про интегральные схемы (определение интегральной схемы, малой, средней и большой степени интеграции, понятие о микропроцессоре).
Интегра́льная (микро)схе́ма (ИС, ИМС,) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки. Бо́льшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.
Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС, чипом) — ИС, заключённую в корпус.
Полупроводниковая микросхема -микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.
Пленочная микросхема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов
По характеру выполняемых функций микросхемы подразделяются на подгруппы (генераторы, модуляторы, триггеры, усилители, логические схемы и др.) и виды (преобразователи частоты, фазы, длительности, напряжения и др.).
Существуют три базовых логических элемента, выполняющих логические операции сложения, умножения и отрицания: элемент И, элемент ИЛИ и элемент НЕ (инвертор), которые обозначаются на принципиальных электрических схемах
В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем:
малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,
средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,
большая интегральная схема (БИС) — до 10 тыс. элементов в кристалле,
сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тыс. элементов в кристалле.