Тема №1 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тамбовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

 

Зав. Кафедрой Э и А

 

В. Ф. Калинин

« » 20 г.

 

 

«Информационно – измерительная техника и электроника»

 

 

Тема №1 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

 

Лекция №1

Тема лекции:

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

 

 

Цель лекции: ознакомиться с особенностями конструкции и принципом действия полупроводниковых диодов различных типов.

 

В результате проведения лекции и самостоятельной работы слушатель должен знать конструктивные особенности, основные характеристики и принцип действия выпрямительных, высоко- и сверхвысокочастотных полупроводниковых диодов, р-i-n диодов, меза-диодов и диодов с барьером Шоттки.

 

 

Содержание

(Программные вопросы лекции)

Введение.

1. Устройство и схема включения полупроводникового диода.

2. Реальная ВАХ диода и его параметры.

3. Выпрямительный диод.

4. Особенности конструкции высокочастотных и импульсных диодов.

Заключение.

 

Учебно-материальное обеспечение

 

Литература для самостоятельной работы: ???

1. В.П.Попов Основы теории цепей. –М.: Высшая школа.2000, (с.6-7).

Г.И. Атабеков. Теоретические основы электротехники. Ч.1. – М.: Энергия, 1978, (с.14-18).

 

 

Тема лекции: ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

 

Введение.

На предыдущем занятии мы познакомились с материалами, используемыми в электронной технике, конструкцией р-n перехода и его основными характеристиками. Используя эти знания, мы приступаем к изучению полупроводниковых приборов. К ним относятся: диоды различных видов и их модификации, биполярные и полевые транзисторы, микросхемы.

На сегодняшней лекции мы рассмотрим конструкции диодов различных видов и назначений.

 

Устройство и схема включения полупроводникового диода

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор, основу которого составляет р-n структура, выполненная в полупроводниковом кристалле.

Устройство диода Условное графическое обозначение

Во всех полупроводниковых диодах р-область легируется сильнее, чем n-область (т.е. N_а >> N_d ), поэтому р-область называют также эмиттером, а n-область – базой (эмиттер инжектирует ОПНЗ в базу).

Полупроводниковые диоды классифицируются:

- по назначению (выпрямительные, высокочастотные, импульсные, специальные);

- по материалу изготовления: (германиевые, кремниевые, из арсенид галлия, из индия);

- по мощности (малой, средней, большой).

Схема включения диода (без нагрузки):

Эквивалентная схема полупроводникового диода представлена на рисунке. Она используются для анализа его работы по преобразованию ВЧ и импульсных сигналов.

C_бар и С_диф – являются основными реактивностями, влияющие на работу диода на высоких частотах и в импульсном режиме.

запирающий слой р-n перехода представить плоским конденсатором, то: lдиэл = lр-n ; Sобкл = Sр-n., Тогда: где = × - абсолютная диэлектрическая проницаемость. Так как lдиэл зависит от величины приложенного напряжения (U £ 0), то от него будет зависеть

Барьерная емкость – это емкость, обусловленная наличием в р-n переходе объемного заряда, образованного неподвижными ионами примесей. Если

и С_{бар .} График зависимости представлен на рисунке.

1) При U = 0 ® Cбар = Смакс = С0 (С0 = 10…500 пФ) 2) При U < 0 - Cбар уменьшается 3) При U > 0 - Cбар немного увеличивается, а затем резко уменьшается, потому что р-n переход исчезает. На практике зависимость значения Cбар от величины приложенного напряжения U (при U £ 0 ) используется в варикапе.

 

Диффузионная емкость – это емкость, обусловленная появлением в результате диффузии ОПНЗ и релаксации (компенсирования ОПНЗ из внешнего источника) на границах р - n перехода избыточных концентраций

носителей заряда разных знаков.

C_диф образуется только при U>0 , т.к. диффузия ОПЗН происходит только при прямом смещении р-n перехода.

С_диф = С_э1 + С_э2 , где С_э1 + С_э2 - взаимосвязанные эквивалентные емкости.

Величина С_диф определяется выражением:

,

где i – ток инжекции (I_пр) , I₀ – тепловой ток, - среднее время жизни носителей заряда.

 

Реальная ВАХ диода и его параметры

                    I0 обр = I0 + Iг + Iу , где Iг – ток… Участок 3 Реальный обратный ток в диоде превышает тепловой ток. Участок 4 Участок электрического пробоя, который наблюдается при больших Uобр . Различают туннельный и лавинный…

Выпрямительный диод

 

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одного направления за счет использования основного свойства р-n перехода – односторонней проводимости.

Выпрямительные диоды применяются в выпрямителях переменного тока с частотой от 50 Гц до 50 КГц.

Схема однополупериодного выпрямителя

Эпюры напряжения

Особенности конструкции высокочастотных и импульсных диодов

Точечный формовочный ВЧ диод. Конструкция такого диода показана на рисунке. Базой является кристалл Gе или… эмиттера микроскопических размеров.