Лекции поэлектронике и микросхемотехнике.ч.1. Лекции поэлектронике и микросхемотехнике.ч. Условные графические обозначения компонентов электронных схем

Скачать 0.57 Mb.

Название	Условные графические обозначения компонентов электронных схем
Анкор	Лекции поэлектронике и микросхемотехнике.ч.1.doc
Дата	25.04.2017
Размер	0.57 Mb.
Формат файла
Имя файла	Лекции поэлектронике и микросхемотехнике.ч.1.doc
Тип	Документы #3420
страница	1 из 5

1 2 3 4 5

Условные графические обозначения компонентов электронных схем.

-(отношение сторон 4 к 10) электрическое сопротивление (резистор). Обозначается – R, выражается (Ом).

На схеме - это сопротивление, а физический предмет (деталь), создающий электрическое сопротивление - резистор.

-переменный резистор

.

-подстроечный резистор

-терморезистор.

-электрический конденсатор С (ф)



-полярный конденсатор

-индуктивность L (катушка - элемент, который создает индуктивность).

Конденсатор- емкость для электрических зарядов.

R(Ом); C(Ф); L(Гн)

-индуктивность сердечника.

-трансформатор - устройство, которое предназначено для преобразования одной величины тока в другую с одинаковой частотой.

-источник напряжения, источник ЕДС.

-диод.

-диод стабилитрон.

-управляемый диод

-светоизлучающий диод.

-биполярный транзистор.

-полевой транзистор.

-измерительный прибор.

-стрелочный измерительный прибор.

Α

-

амперметр.

-вольтметр.

-ваттметр.

Последовательное соединение.

R1 R2 R3

Rэ=R1+R2+R3

Параллельное соединение.

R1 Rэ= R1*R2/ R1+R2

R2

Если величина R одинакова, то для параллельного соединения имеем формулу:

Rэ= R/ n,

где n -количество сопротивлений.

Параметры электрических сигналов.

Синусоидальный сигнал.

Т-период (произошел полный цикл изменений)

f = 1/T частота (Гц),

Действующие значение синусоидального сигнала U=Umax/2

Трапециидальный сигнал

Треугольный сигнал

илообразный сигнал

Прямоугольный сигнал или

видео импульс

- время импульса

-время фронта

-время спада

-время вершин

ГОСТ16263-70 “Государственная система обеспечения единства измерений” Метрология “Термины и определения”

Скважность Q - это отношение периода следования прямоугольных импульсов к длительности самого импульса

Импульс считается прямоугольным, если его вершина по длительности составляет не менее 0.7 от длительности самого импульса.

В/ и =

1 0,7

Если соотношение меньше, то импульс может превратится в трапецеидальный или треугольный.

Полупроводники и их свойства.

К полупроводникам относят: кремний, германий, индий, фосфор, оксиды, сульфиды и ряд минералов.

Полупроводники бывают кристаллические, аморфные и жидкие. Полупроводники не очень хорошо проводят ток.

В полупроводниковой электронике используют кристаллы.

Основные особенности полупроводников: возрастание удельной электрической проводимости при повышении температуры.

G-проводиьость (См)

Электропроводимость полупроводников зависит от: нагревания, облучения (любого, даже освещения ),электрического и магнитного полей, давления ,ускорения, от незначительного количества примеси.

Собственный полупроводник- это вещество, в котором не содержится примеси и нет структурных нарушений кристаллической решетки. (В нем при 0 К- электрический ток отсутствует.)

Процесс образования дырок.

При повышении температуры или при другом воздействии (см. выше) часть ковалентных связей может быть разорвана и валентные электроны, став свободными, могут уйти от своего атома. Потеря электрона превращает атом в положительный ион. В связях, в том месте где он был ,образуется “вакантное” место -дырка.

Заряд дырки положительный и по значению равен заряду электрона. Дырку может заполнить валентный электрон соседнего атома, на месте которого, в ковалентной связи образуется новая дырка. Таким образом, дырки перемещаются в противоположную электронам сторону. При этом следует иметь ввиду, что в кристаллической решетке атомы жестко закреплены в узлах. Если внешнее электрическое поле отсутствует, то электроны проводимости совершают хаотическое движение. И только лишь под воздействием внешнего поля, движение электронов и дырок приобретает преимущественное направление ,а это ничто иное как электрический ток.

Электроны движутся против направления электрического тока, а дырки по направлению (электрический ток движется от большего к меньшему потенциалу)

Определение: Электропроводность собственного полупроводника, возникающая за счет нарушения ковалентных связей называется собственной электрической проводностью.

Процесс образования пары электрон проводимости - дырка проводимости называется генерацией пар носителей зарядов.

Если дырка заполняется электроном, электрон станет не свободным и потеряет возможность перемещаться. А избыточный положительный заряд иона атома окажется нейтрализованным .При этом для внешнего поля одновременно исчезает и дырка и электрон .

Процесс воссоединения электрона и дырки называется рекомбинацией.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Среднее время существования пары носителей зарядов, называется временем жизни носителей зарядов.

При отсутствии внешних воздействий и постоянной температуры полупроводник находится в состоянии равновесия ,т.е. число генерированных пар носителей заряда равно числу рекомбинаций.

Числу носителей заряда в единице объема полупроводника, т.е. их концентрация, определяет значение удельной электрической проводимости.

Для собственных полупроводников концентрация электронов и дырок одинакова.

Приместная проводимость

Если в полупроводник внести примесь он будет обладать помимо собственной электрической проводимости ещё и примесной.

Приместная электропроводимость может быть электронной или дырочной.

Внесение в полупроводник донорной примеси (примеси, атомы которых отдают свободные электроны, называются донорными или донорами) существенно увеличивают концентрацию свободных электронов, а концентрация дырок остаётсятакой же.

Если в полупроводнике электропроводимость обусловлена в основном электронами, то она называется электронной, а полупроводник n-типа.

Электроны в полупроводниках n-типа являются основными носителями заряда (их концентрация высока), а дырки – не основными.

Пример: если в полупроводник из чистого германия (4х валентный ) внести немного примеси мышьяка (5ти валентного), то появится полупроводник n-типа.

Примеси, атомы которых способны принять валентные электроны соседних атомов, создав в них дырку, называются акцепторами или акцепторными.

Пример: если в тот же 4-х валентный германий добавить примесь из 3-х валентного индия, то полупроводник будет акцептором.

Внесение в полупроводник акцепторной примеси существенно увеличивает концентрацию дырок, а концентрация электронов остаётся такой же. При этом проводимость обусловлена в основном дырками. Её называют дырочной, а такой полупроводник p-типа.

Дырки для полупроводника p-типа – основные носители заряда, а электроны – не основные.

Удельная электрическая проводимость примесного полупроводника определяется концентрацией основных носителей заряда (чем выше концентрация, тем проводимость выше).

Часто полупроводник содержит и донорною, и акцепторную примеси, тогда тип проводимости определяется тем, какой примеси больше. И если они равны, такой полупроводник называется скомпенсированным.

p-n-ПЕРЕХОД

Область внутри пп на границе раздела его двух сред с разным типом примесной электропроводности (p и n типа) называется электронно-дырочным переходом или р-n-переходом.

Предположим р-n -переход образован в результате соприкосновения двух полупроводников р и n-типа .Концентрация электронов в области р- типа и дырок в области n-типа равны ,кроме того в каждой области имеется небольшое количество неосновных носителей . При соприкосновении равенство между количеством ионов и свободных носителей заряда нарушается. Так- как между областью р и n -типа существует значительная разница концентрации электронов и дырок происходит диффузия дырок в область n-типа и электронов в область р-типа. Как только дырка покинет область р-типа, в этой области вблизи границы раздела образуется нескомпенсированый отрицательный заряд иона акцепторной примеси.

А с уходом электрона с области n-типа, в ней образуется нескомпенсированый положительный заряд ионо-донорной примеси.

В результате вблизи границы раздела областей создается объемный двойной слой пространственных зарядов, который называется р-n-переходом. Этот слой объединен основными (подвижными) носителями заряда в обеих частях, поэтому его удельное сопротивление велико, часто этот слой называют запирающим.

Прямое включение р-n-перехода.

Если “+” источника напряжения подключить к области р-типа, а “ – “ к области n-типа, то получим включение, которое называется прямым включением.

Электрическое поле источника, напряженностью Е_u, направлено на встречу контактному полю напряженностью Е. Тогда результирующая напряженность выразиться:

Е_пр=Е-Е_u

Уменьшение напряженности электрического поля р-n-перехода вызывает понижение высоты потенциального барьера, назначение прямого напряжения Е_u (Е источника)

Уменьшение высоты потенциального барьера, приводит к тому что увеличивается число основных носителей заряда через р-n-переход, тоесть увеличивается диффузионный ток. Даже небольшое напряжение ,приложенное к р-n-переходу вызывает большой ток ,так как потенциальный барьер невелик (0.35 В для германия ;0.6 В для кремния)

В результате действия внешнего поля, в прямом направлении в область р-n-перехода происходит перераспределение концентрации носителей зарядов, дырки р-области и электроны n-области диффундируют в глубь р-n-перехода и рекомбинируют там. Ширина перехода при этом уменьшается, вследствие чего снижается сопротивление запирающего слоя.

Обратное включение р-n-перехода.

Электрическое поле источника напряженностью E_u, направлено в ту же сторону, что и контактное поле p-n-перехода, напряженностью E. Поэтому напряженность результирующего поля в переходе равна:

E_обр=E+E_u

Увеличение напряжения электрического поля в p-n-переходе повышает потенциальный барьер, назначение обратного напряжения источника. Это в свою очередь приводит к уменьшению числа основных носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер, т.е. к снижению диффузионного тока.

Вольт-амперная характеристика р-n перехода.

З

ависимость тока через p-n-переход, от приложенного к нему напряжения I=f(U), называется вольт-амперной характеристикой p-n-перехода.

Семейство вольт-амперных

характеристик:

Обратный ток, обычно, на несколько порядков меньше прямого, поэтому p-n-переход обладает свойством односторонней проводимости. При повышении температуры, прямой ток через p-n-переход, увеличивается, но так как он зависит от концентрации основных носителей заряда, которое растет незначительно, то это увеличение незначительно. На обратный ток повышение температуры влияет существенно, поскольку он зависит от концентрации неосновных носителей заряда, которое при повышении температуры экспотенциально возрастает.

Пробой р-n перехода.

Резкое возрастание обратного тока, возникающее даже при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения называется пробоем р-n-перехода.

Инжекция - (впрыскивание) при прямом смещении потенциальный барьер понижается ,и через него основные носители заряда перемещаются в смежную область, где они являются неосновными.

Экстракция - под действием поля р-n-перехода не основные для данной области носители заряда, перемещаются через р-n-переход в соседнюю область. Процесс выведения неосновных носителей заряда, через переход, под воздействием поля этого перехода при подключении р-n-перехода к источнику внешнего напряжения, это называется экстракцией (извлечение).

Эмиттер - область, из которой инжектируются носители заряда (низкоомная область).

База - область, в которую инжектируются носители заряда, и где они являются неосновными (высокоомная область).

В полупроводниках из-за различной концентрации примесей, различная концентрация носителей заряда. Отсюда различают низкоомную и высокоомную области. Как правило, преобладает инжекция из низкоомной области называемая эмиттером, а высокоомная - базой.

Пробой может быть:

-электрическим - при котором р-n-переход не разрушается и сохраняет работоспособность.

-тепловым - при котором разрушается кристаллическая структура полупроводника.

Электрический пробой связан со значительным увеличением напряженности электрического поля в р-n-переходе.

Существует 2 типа электрического пробоя:

1)Туннельный пробой - наблюдается в полупроводниках с узким р-n-переходом (обеспечивается высокой концентрацией примеси), он связан с туннельным эффектом, это когда под воздействием очень сильного поля носители заряда могут переходить из одной области в другую без затрат энергии (туннелировать через р-n-переход). Туннельный пробой наблюдается при обратном напряжении в несколько Вольт (до 10 В).

2)Лавинный пробой - наблюдается в полупроводниках с широким р-n-переходом. В сильном электрическом поле может возникнуть ударная ионизация атомов р-n- перехода. Носители заряда на длине свободного пробега приобретают кинетическую энергию (в том случае если потенциальная энергия переходит в кинетическую), достаточную для того чтобы при столкновении с атомами кристаллической решетки полупроводника, выбить из ковалентной связи электроны. Образовавшаяся при этом пара электрон-дырка тоже принимает участие в ударной ионизации. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к значительному увеличению обратного тока. Напряжение лавинного пробоя десятки и сотни Вольт

Тепловой пробой возникает тогда когда мощность, выделяемая в р-n-переходе, при прохождении через него обратного тока, превышает ту которую он может рассеять. Происходит значительный перегрев перехода, обратный ток, являющийся тепловым, резко возрастает, что приводит к еще большему перегреву перехода, происходит лавинообразное увеличение тока, в результате возникает тепловой пробой р-n-перехода.

1 2 3 4 5