рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Краткие сведенья из теории

Краткие сведенья из теории - Методические Указания, раздел Информатика, Метрология и информационно-измерительные технологии Принцип Действия Большинства Полупроводниковых Приборов Основан На Явлениях, ...

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на явлениях, происходящих на границе двух полупроводников с различными видами проводимости: p-типа и n-типа.

Переход между двумя полупроводниками разного типа проводимости называется электронно-дырочным переходом или p-n переходом.

В полупроводниках p-типа концентрация дырок Рр значительно выше концентрации электронов Рn

Рр >> Рn ,

а в полупроводниках n-типа концентрация электронов nn значительно выше концентрации дырок nр

nn >> nр

Введём в соприкосновение эти два полупроводника и рассмотрим процессы на границе их соприкосновения (рис.4.1)

Рисунок 4.1 – Образование электронно-дырочного перехода

 

Вследствие разности концентраций электронов и дырок в n и p областях будет происходить процесс выравнивания концентраций зарядов путём диффузии (проникновения) электронов из n-области в p-область, а дырок из
р-области в n-область.

В пограничном слое в р-области образуется объёмный отрицательный заряд электронов , а приграничном слое n-области – положительный заряд дырок . Наличие этих зарядов толщиной d, приводит к появлению между n- и р – областями контактной разности потенциалов и электрического поля . Контактная разность потенциалов создаёт потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему переходу электронов из n-области в
р-область и переходу дырок из р-области в n-область. Величина равна десятым долям вольта, а толщина слоя зарядов и очень мала и лежит в пределах межатомных расстояний. Сопротивление приконтактной зоны очень велико, поэтому слой зарядов называют запирающим слоем, или электронно-дырочным переходом, или р- n-переходом.

Рассмотрим процессы в р-n переходе при подключении к нему внешнего источника напряжения .

Если подключено плюсом к р-области, а минусом к n-области (рис. 4.2,а), то электрическое поле , созданное внешним источником , скомпенсирует тормозящее действие запирающего поля , в результате чего суммарное электрическое поле в р-n-переходе будет иметь направление от р-области к n-области.

Рисунок 4.2 – Прямое включение р-n перехода

 

Такое включение р-n перехода называется прямым, а ток в цепи – прямым током . При прямом включении толщина dп запорного слоя уменьшается по сравнению с толщиной d (рис.4.1), сопротивление р-n перехода при прямом включении становится малым и составляет десятые доли Ома до единиц Ом. Прямой ток тем больше, чем больше приложенное к р-n переходу прямое напряжение (рис. 4.2,б). Зависимость на рис. 4.2,б является вольтамперной характеристикой р-n перехода при прямом включении.

Если источник внешнего напряжения подключено плюсом к
n-области, а минусом к р-области (рис. 4.3,а), то электрическое поле , созданное внешним источником , совпадать по направлению с тормозящим полем р-n перехода, увеличивая суммарное электрическое поле в
р-n переходе .

Рисунок 4.3 – Обратное включение р-n- перехода

 

Запирающий слой dобр расширяется, потенциальный барьер увеличивается на величину . Переход основных носителей через переход затрудняется. Сопротивление р-n перехода при обратном включении велико и через него протекает малый обратный ток (участок 0-1 на рис. 4.3,б), обусловленный неосновными носителями.

При увеличении обратного напряжения до некоторого значения обратный ток резко возрастает (участок 1-2 на рис. 4.3,б). Лавинообразный процесс увеличения тока , начавшийся в точке 1, приводит на участке 1-2 к пробою р-n перехода.

Обратное напряжение, при котором происходит пробой, называется обратным напряжением пробоя . Для различных р-n переходов величина его лежит в пределах единицы ‑ сотни вольт. Обратное сопротивление составляет на участке 0-1 от десятков ‑ сотен кОм до 1 МОм. Пробой может быть тепловым или электрическим. При тепловом пробое кристалл с р-n переходом разрушается, а при электрическом пробое, не перешедшем в тепловой, кристалл не разрушается, свойства р-n перехода обратимы и при снятии обратного напряжения восстанавливаются.

Электронно-дырочный переход обладает емкостными свойствами. Ёмкость р-n перехода складывается из барьерной и диффузионной :

.

Диффузионная ёмкость проявляется при прямом подключении
р-n перехода. Её величина зависит от величины прямого напряжения , она обусловлена изменением зарядов слева и справа от р-n перехода в результате протекания диффузионного тока через него. Значение диффузионной ёмкости во много раз больше значения барьерной ёмкости и может быть до нескольких тысяч пикофарад.

Барьерная ёмкость проявляется при обратном включении
р-n перехода. Во всех электронных схемах практическое значение имеет именно . Величина барьерной ёмкости зависит от ширины и площади
р-n перехода. Поэтому переход можно условно рассматривать как плоскопараллельный конденсатор. С ростом обратного напряжения ширина
р-n перехода увеличивается, поэтому барьерная ёмкость уменьшается (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Зависимость барьерной ёмкости от обратного напряжения.

 

Из рассмотренных свойств р-n перехода можно сделать главный вывод: он обладает односторонней проводимостью электрического тока и вентильными свойствами. Это свойство р-n перехода легло в основу создания полупроводникового диода.

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним р-n переходом и двумя выводами. По конструкции диоды подразделяются на точечные и плоскостные.

Точечный диод представляет собой контакт пластинки полупроводника с металлической иглой. Из-за малой площади контакта прямой ток и барьерная ёмкость таких диодов малы, поэтому они применяются на высоких частотах.

Плоский диод представляет пластинку полупроводника n-типа, с одной стороны которой вплавляется капля трёхвалентного индия. Атомы индия диффундируют в пластинку и образуют у её поверхности р-область. Между областями р- и n-типов образуется р-n переход. Вывод от индия является анодом, а вывод от пластин катодом (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Условное графическое обозначение диода.

 

Одним из достоинств Elecrtronics Workbench является возможность смоделировать ситуации, возникающие при самых различных уровнях приборной оснащенности исследователя, и освоить методики измерения, соответствующие этим уровням. Рассмотрим эти ситуации на примере измерения вольтамперной характеристики полупроводникового диода. Начинающий радиолюбитель может иметь всего лишь один универсальный прибор - мультиметр (который мы привыкли называть тестером), но и в этом случае можно снять вольтамперную характеристику (ВАХ) диода или любого другого нелинейного двухполюсника. Проще всего в этом случае измерять напряжение на диоде в схеме рис. 4.6, подсоединяя к диоду через резистор источники напряжения различной величины. Ток диода при этом можно вычислять из выражения:

Іпр = (Е ‑ Uпр)/R, (4.1)

где Іпр ‑ ток диода в прямом направлении,

Е ‑ напряжение источника питания,

Uпр ‑ напряжение на диоде в прямом направлении.

Изменив полярность включения диода в той же схеме рис. 4.7, можно снять ВАХ диода по той же методике и в обратном направлении

= (Е ‑ Uобр)/R, (4.2)

где ‑ ток диода в обратном направлении,

Uобр ‑ напряжение на диоде в обратном направлении.


Рисунок 4.6 – Схема для измерения напряжения на диоде

Рисунок 4.7 – Схема для измерения тока через диод

Точность при таких измерениях невысокая из-за разброса сопротивлений у резисторов одного номинала. И если необходимо получить более точную характеристику, используя только один мультиметр, необходимо сначала измерить напряжение в схеме рис. 4.6, а затем ток в схеме рис. 4.7. При этом можно пользоваться по-прежнему только мультиметром, подключая его то, как вольтметр, то, как амперметр. Гораздо быстрее можно выполнить эту работу, если у Вас имеется и вольтметр и амперметр. Тогда, включив их по схеме рис. 4.8, можно сразу видеть ток и напряжение на табло этих приборов.

Рисунок 4.8 – Схема для снятия ВАХ диода с помощью амперметра и вольтметра.

 

Вольтамперная характеристика (ВАХ) может быть получена путем измерения напряжений на диоде при протекании различных токов за счет изменения напряжения источника питания Vs. И наконец, наиболее быстро и удобно можно исследовать ВАХ, непосредственно наблюдая ее на экране осциллографа (рис. 4.9).

При таком подключении координата точки по горизонтальной оси осциллографа будет пропорциональна напряжению, а по вертикальной ‑ току через диод. Поскольку напряжение в вольтах на резисторе R2 = 1 Ом численно равно току через диод в амперах (I = U/R = U/1 = U), по вертикальной оси можно непосредственно считывать значения тока. Если на осциллографе выбран режим В/А, то величина, пропорциональная току через диод (канал В), будет откладываться по вертикальной оси, а напряжение (канал А) ‑ по горизонтальной. Это и позволит получить вольтамперную характеристику непосредственно на экране осциллографа.

При получении ВАХ диода с помощью осциллографа на канал А вместо точного напряжения на диоде подается сумма напряжения диода и напряжения на резисторе 1 Ом. Ошибка из-за этого будет мала, так как падение напряжения на резисторе будет значительно меньше, чем напряжение на диоде.

Рисунок 4 9 – Схема для снятия ВАХ диода с помощью осциллографа

 

Для более точного измерения напряжения можно измерять ток с помощью датчика тока. Из-за нелинейности диода его нельзя характеризовать величиной сопротивления, как линейный резистор. Отношение напряжения на диоде к току через него U/I, называемое статическим сопротивлением, зависит от величины тока. В ряде применений на существенную постоянную составляющую тока диода накладывается небольшая переменная составляющая (обычно при этом говорят, что элемент работает в режиме малых сигналов). В этом случае интерес представляет дифференциальное (или динамическое) сопротивление dU/dI. Величина динамического сопротивления зависит от постоянной составляющей тока диода, определяющей рабочую точку на характеристике.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Метрология и информационно-измерительные технологии

Методические указания к лабораторным работам По курсу для бакалавров направления подготовки 6.051001 «Метрология и информационно-измерительные технологии». Национальный технический университет.. Харьковский политехнический институт.. Методические указания к лабораторным работам По курсу для..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Краткие сведенья из теории

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

По курсу
«МИКРО - И НАНОЭЛЕКТРОНИКА» для бакалавров направления подготовки 6.051001 «Метрология и информационно-измерительные технологии» дневного и заочного отде

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ СХЕМЫ
Работа с электронной системой моделирования EWB включает в себя три основных этапа: создание схемы, выбор и подключение измерительных приборов, и, наконец, активация схемы – расчет процессов, проте

ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БИБЛИОТЕКИ
В электронной системе Electronic Workbench имеется четырнадцать разделов библиотеки компонентов, которые могут быть использованы при моделировании. Ниже приводится краткая справка по основным компо

Мультиметр (Multimetr)
Мультиметр используется для измерения: напряжения (постоянного и переменного); тока (постоянного и переменного); сопротивления; уровня напряжения в децибелах. Для настро

Функциональный генератор (Function Generator)
Функциональный генератор является идеальным источником напряжения, который вырабатывает сигналы синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы. На экран выводится уменьшенное изображение генер

Осциллограф (Oscilloscope)
Виртуальный осциллограф, который имитируется программой Electronіcs Workbench, представляет собой аналог двухлучевого запоминающего осциллографа и имеет две модификации: простую и расширенную. Из-з

Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter)
На схему выводится уменьшенное изображение измерителя АЧХ и ФЧХ(рис. 12). Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход).

Постоянного напряжения
Собрать схему в соответствии с рис.1.3. Источник питания +12V и заземление (обязательное в большинстве схем) переносится при помощи манипулятора мышь c панели источники (Sourсes

Эксперимент 2. Измерение величины постоянного тока
Собрать схему в соответствии с рис.1.4. Мультиметр должен быть включен в режиме измерения силы тока (А). Получить значение величины постоянного тока I = 12.00 mA. Изме

Эксперимент 3. Измерение сопротивления омметром
Собрать схему в соответствии с рис 1.5. Мультиметр в режиме измерения сопротивлений (Ω). Получить заданное значение сопротивления R =1.0000 кОм Изменить величину

Краткие сведенья из теории
Одним из видов преобразований сигнала является изменение его амплитуды. Обычно – это получение данного напряжения Uвых из большего по величине Uвх. Эта операция выполняется де

Эксперимент 1. Исследование резистивного делителя напряжения
1. Соберите схему делителя напряжения, представленную на рис. 2.1. при R1 = R2 = 10 кОм. Подайте на него напряжение UВХ (варианты напряжений приведены в табл.2.1).

Краткие сведения из теории
1. Комплекс емкостного сопротивления , (3.1) где хС ‑ модуль емкостного сопротивления вычисляется по форм

Эксперимент 1. Резистор на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину сопротивления R2, Ом взять из табл.3.1. 1.1. Измерение действующего знач

Эксперимент 2. Конденсатор на переменном токе
Исходные данные:Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину емкости С1, мкФ взять из табл.3.3. 2.1.

Эксперимент 3. Катушка индуктивности на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину индуктивности L1, мГн взять из табл.3.5.

Эксперимент 4. RC-цепь на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В, величину сопротивления R2, Ом и величину емкости С1, мкФ взять из табл.3.7.

Эксперимент 5. RL-цепь на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В, величину сопротивления R2, Ом и величину индуктивности L1, мГн взять из табл.3.9.

Тока через диод
1. Соберите схему, представленную на рис. 4.6. Включите схему. Мультиметр покажет напряжение на диоде Uпр при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр

Эксперимент 4. Снятие вольтамперной характеристики диода
1. Прямая ветвь ВАХ. Соберите схему, представленную на рис. 4.8. Включите схему. Последовательно устанавливая значения ЭДС источника Е, В из табл. 4.2, запишите полученные значения напряже

Краткие сведенья из теории
Стабилитроном называют кремниевый полупроводниковый диод, ВАХ которого имеет участки малой зависимости напряжения от тока (рис. 5.1).

Через стабилитрон
Соберите схему, представленную на рис. 5.3. Тип стабилитрона, для соответствующего варианта представлен в таблице 5.1. Для всех экспериментов использовать выбранный тип диода. Таб

Параметрического стабилизатора
Соберите схему, представленную на рис. 5.3. 1. Подключите резистор RL =75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите равным 20 В. Включите с

Краткие сведения из теории
Для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение применяют выпрямительные устройства. В выпрямительное устройство обычно входят трансформатор, один или несколько диодов, сглаживающ

С отводом от средней точки трансформатора
Двухполупериодная схема с выводом от средней точки, изображена на рис. 6.7, обеспечивает больший коэффициент использования трансформатора и меньший, по сравнению с однополупериодным выпрямителем, у

Биполярные транзисторы
Различают кремниевые и германиевые транзисторы. Они бывают p-n-p и n-p-n типа, на рис. 7.1 показаны их обозначения. Биполярный транзистор можно рассматривать как д

Полевые транзисторы
Полевой транзистор управляется электрическим полем, практически без затраты мощности управляющего сигнала. Среди полевых транзисторов различают шесть типов, их условные обозначения в электрических

Эксперимент 5. Определение зависимости выходного напряжения от входного для схемы с общим истоком и истокового повторителя
Схема с общим истоком соответствует схеме с общим эмиттером для биполярного транзистора. Схема с общим истоком (истоковый повторитель) обладает значительно большим сопротивлением, чем схема с общим

Краткие сведения из теории
Интегрирующие и дифференцирующие цепочки широко применяются в импульсной технике для следующих целей: Интегрирующая цепочка: - для получения сигналов, пропорциональных интегралу о

Интегрирующие и дифференцирующие цепи
  Рисунок 8.1 ‑ Дифференцирующая RC-цепь   Напряжение на резисторе R (рис.8.1)

Постоянная времени
Произведение τ = RC называют постоянной времени цепи. Если R измерять в Омах, а С – в Фарадах, то произведение RC будет измеряться в секундах. Для конденсатора емкостью 1 мкФ, подключ

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги