Тема 1.2 Электровакуумные приборы

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Основные принципы работы электровакуумных приборов.

Контакт металл-полупроводник (переход Шоттки). Образование запирающего слоя в зависимости от работы выхода электрона из металла и из полупроводника. Особенности перехода Шоттки.

Методические указания.

Следует разобраться, от чего зависят барьерная и диффузионная емкости, при каком включении перехода каждая из них играет определенную роль и влияет на работу р-n перехода.

Рассмотрите контакт металл-полупроводник и зависимость свойств такого перехода от типа электропроводности полупроводника и соотношения работ выхода из металла и полупроводника.

Вопросы для самопроверки.

1. Дайте определение диффузионной емкости и ее влияния на работу р-n перехода.

2. Дайте определение барьерной емкости и ее влияния на работу р-n перехода.

3. Объясните особенности перехода Шоттки.

Тема 1.3 Полупроводниковые диоды.

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Классификация, условные обозначения и назначение полупроводниковых диодов. Конструктивно-технологические различия и способы образования р-n перехода точечных и плоскостных диодов.

Выпрямительные диоды. Вольтамперная характеристика, основные параметры. Влияние температуры на параметры. Последовательное и параллельное включение диодов, простейшие схемы выпрямления, диодные сборки.

Понятие о стабилизации напряжения. Вольтамперная характеристика стабилитрона. Параметры стабилитрона и выбор режима работы. Схема параметрического стабилитрона напряжения, расчетные соотношения. Стабисторы.

Варикапы. Устройство и принцип действия. Особенности работы. Основные параметры. Область применения. Простейшие схемы электронной настройки контуров.

Туннельные диоды. Понятие вырожденного полупроводника. Туннельный эффект. Особенности вольтамперной характеристики туннельного диода. Понятие отрицательного дифференциального сопротивления. Принцип действия, область применения.

Особенности работы высокочастотных диодов. Параметры импульсного диода. Диоды Шоттки, их особенности, область применения.

Методические указания.

Разобраться в особенностях конструкции и вольтамперных характеристик плоскостных и точечных диодов. Прежде всего, необходимо вспомнить, как рост температуры влияет на электропроводность примесного полупроводника. Разобраться, почему рост температуры сильнее влияет на величину обратного тока, чем на величину прямого тока; почему кремниевые диоды более температуростабильны; как рост температуры влияет на величину допустимого обратного напряжения (сравнить кремниевые и германиевые диоды).

Необходимо уяснить, что при работе диодов на высоких частотах сказывается влияние емкостей С_ДИФ и С_БАР, что приводит к потере основного свойства диода – односторонней проводимости. Следует разобраться, почему точечные диоды, в отличие от плоскостных, могут работать на высоких частотах.

Необходимо разобраться в основных параметрах диодов, знать их физический смысл, размерности, способ определения по вольтамперной характеристике в заданной рабочей точке.

Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона (опорного диода) в рабочей области характеризуется постоянством напряжения при изменении тока в широких пределах. Этот участок соответствует электрическому пробою. Необходимо разобраться, за счет чего в кремниевом стабилитроне появляется электрический пробой при относительно низком обратном напряжении. Почему исходным материалом для его изготовления выбран кремний. Особенности стабистора.

Следует уяснить, каким образом можно использовать диод в качестве электрически управляемой емкости. Особенности работы варикапа. Рассмотреть простейшие схемы электронной настройки колебательных контуров с помощью варикапов.

Особенностью вольтамперной характеристики туннельного диода является неодинаковый характер изменения тока в различных интервалах изменяемого напряжения. На начальном участке характер изменения тока возрастающий, на втором – падающий, на третьем - вновь возрастающий. На падающем участке вольтамперной характеристики диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением, что и определяет область его использования.

Импульсные диоды работают в ключевом режиме, для которого характерны два состояния: открыто и закрыто. Следует понять, почему переход от одного состояния к другому происходит не мгновенно. Нужно разобраться в физическом смысле параметров, характеризующих пригодность использования диода в импульсных схемах, способов улучшения быстродействия приборов.

Следует разобраться, какая особенность конструкции диодов Шоттки обуславливает идеальность его импульсных параметров.

Вопросы для самопроверки.

1. Каково устройство и принцип действия выпрямительного диода?

2. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику выпрямительного диода.

3. Какие параметры характеризуют выпрямительный диод?

4. Перечислите параметры предельных режимов выпрямительных диодов.

5. Каково устройство и принцип действия опорного диода?

6. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику опорного диода.

7. Нарисуйте схему стабилизации и объясните принцип ее работы.

8. Каково устройство и принцип действия варикапа?

9. Приведите пример простейшей схемы электронной настройки колебательного контура.

10. Дайте определение туннельного эффекта и поясните условия его появления.

11. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику туннельного диода.

12. На каком участке вольтамперной характеристики диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением?

13. В каком режиме работают импульсные диоды?

14. Чем обуславливается идеальность импульсных параметров диодов Шоттки?

Тема 1.4 Транзисторы

Биполярные транзисторы

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Классификация и система обозначения транзисторов.

Биполярные транзисторы типа p-n-pи n-p-n, устройство и принцип работы транзистора в качестве усилителя тока.

Схемы включения транзистора: с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой.

Эквивалентные схемы, токи в цепях транзисторов, коэффициенты усиления по току, по напряжению и мощности для различных схем включения. Входные и выходные сопротивления транзистора в зависимости от схемы включения. Статистические характеристики и определение по ним параметров для схем с общим эмиттером.

Динамический режим транзистора.

Температурные и частотные свойства плоскостных транзисторов.

Краткие сведения о технологических методах изготовления транзисторов.

Методические указания.

Понимание принципа действия транзистора очень важно для усвоения последующих тем, поэтому надо с большим вниманием отнестись к этому вопросу.

Биполярный транзистор состоит из двух переходов: эмиттерного и коллекторного. Следует уяснить, что в активном режиме работы прямое напряжение на эмиттерном переходе обеспечивает инжекцию основных носителей из эмиттера в базу, т.е. создает ток через эмиттерный переход, а обратное напряжение на коллекторном переходе обеспечивает экстракцию подошедших к коллекторному переходу неосновных носителей, т.е. создает коллекторный ток.

Нужно разобраться, почему концентрация примеси в базе должна быть намного меньше, чем в эмиттере; почему толщина базы должна быть меньше диффузионной длины инжектированных в нее из эмиттера носителей; чем создается ток базы и от чего зависит его величина. Важно запомнить, что в транзисторе

Iэ = Iк + Iб, а так как ток базы ничтожно мал, то Iэ ≈ Iк

Различают три схемы включения транзисторов в зависимости от того, какой электрод является общим для входной и выходной цепи: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Каждая из названных схем включения характеризуется параметром, который называется коэффициентом передачи (или усиления) по току и равняется отношению приращения тока на выходе к приращению тока на входе. Для схем:

- с общей базой (ОБ): h21Э= ΔIк/ΔIэ при Uкб = const;

- с общим эмиттером (ОЭ): h21Э= ΔIк/ΔIб при Uкб = const;

- с общим коллектором (ОК): h21Э= ΔIк/ΔIб при Uкб = const.

Основными характеристиками транзистора являются входные Iвх= f(Uвх) при Uвых – const и выходные характеристики Iвых= f(Uвых) при Iвх – const.

Необходимо рассмотреть входные и выходные характеристики для схем включения транзистора ОБ и ОЭ. Разобраться, как изменяются характеристики с изменением фиксированного параметра.

Для транзисторов существует несколько различных систем статических параметров и эквивалентных схем, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. На практике наибольшее распространение получила система h-параметров. Надо уметь находить h-параметры по статическим характеристикам транзистора для схемы с общим эмиттером.

Динамическим режимом транзистора называется работа транзистора с нагрузкой в коллекторной цепи. Следует уяснить, как изменится ток и напряжение на коллекторе при изменении тока базы, нужно изучить более подробно метод построения основных динамических характеристик.

Биполярный транзистор широко используется в электронных устройствах в качестве элемента, функцией которого является замыкание и размыкание электрической цепи. При этом транзистор работает либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения. Главной особенностью ключевых режимов является неуправляемость коллекторного тока транзистора. Следует разобраться в режиме отсечки и насыщения, а также в условиях обеспечения этих режимов.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение биполярного транзистора. Объясните принцип действия в активном режиме. Укажите токи транзистора.

2. Изобразите схему включения с ОЭ, входные и выходные токи и напряжения. Коэффициент передачи входного тока. Входные и выходные характеристики транзистора.

3. Изобразите схему включения с ОБ, входные и выходные токи и напряжения. Коэффициент передачи входного тока. Входные и выходные характеристики транзистора.

4. Каково влияние температуры на характеристики и режим работы транзистора? Сравните температурные свойства транзистора в схемах с ОЭ и ОБ.

Полевые транзисторы

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Разновидности полевого транзистора. Принцип действия.

Характеристики, основные параметры. Область применения.

Преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными.

Методические указания

Работа любого полевого транзистора основана на изменении тока через канал за счет его электропроводности при воздействии электрического поля, создаваемого напряжением на затворе, отсюда название транзистора – полевой. Следует разобраться в разновидностях полевых транзисторов: с управляемым p-nпереходом и с изолированным затвором. В транзисторе с управляющим p-n переходом изменение тока канала происходит вследствии изменения (модуляции) эффективного сечения канала. Работа транзистора с управляющим с p-nпереходом возможна только при подаче обратного напряжения на p-n переход. Следовательно, он работает только в режиме сужения (обеднения) канала. Это важно уяснить.

Характеристиками полевого транзистора являются управляющие (стокозатворные) и выходные (стоковые).

При рассмотрении стокозатворных характеристик следует разобраться, каков характер изменения тока стока с изменением напряжения затвора и что такое напряжение отсечки. При рассмотрении стоковых характеристик следует разобраться, каков характер изменения тока стока при изменении напряжения стока, что такое напряжение насыщения; как изменение напряжения затвора влияет на положение входной характеристики; почему с увеличением абсолютной величины напряжения на затворе стоковые характеристики располагаются все ниже.

Основными параметрами полевого транзистора являются крутизна S, внутреннее или выходное сопротивление Ri, коэффициент усиления μ, входное сопротивление Rвх, межэлектродные емкости, максимальная частота fmax. Следует знать их физический смысл, способ определения S и Riв рабочей точке по стоковой характеристике.

Дальнейшим развитием полевых транзисторов с управляющим p-nпереходом являются транзисторы с изолированным затвором. К ним относятся транзисторы с встроенным каналом и транзисторы с индуцированным каналом. Нужно уяснить, почему эти транзисторы получили название МДП – транзисторов или МОП – транзисторов. Следует разобраться в устройстве и принципе их работы; понять почему в транзисторе с встроенным каналом стоковые характеристики строятся и при положительных и при отрицательных напряжениях на затворе; выяснить, почему транзистор с индуцированным каналом может работать только при подаче на затвор напряжения определенной полярности. Необходимо твердо усвоить, в чем заключаются основные достоинства полевых транзисторов по сравнению с биполярными.

Вопросы для самопроверки.

1. Дайте определение полевого транзистора. Объясните принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Изобразите схему включения с ОИ. Стоковые и стокозатворные характеристики.

2. Объясните принцип действия полевого транзистора МДП – транзистора с встроенным каналом. Изобразите схему включения с ОИ. Стоковые и стокозатворные характеристики.

3. Объясните принцип действия полевого транзистора МДП – транзистора с индуцированным каналом. Изобразите схему включения с ОИ. Стоковые и стокозатворные характеристики.

4. Статические характеристики полевых транзисторов. Определение, формулы и способы определения их по стоковым характеристикам.

Тема 1.5 Тиристоры

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Классификация и схематическое изображение. Динисторы. Принцип действия, вольтамперная характеристика, основные параметры.

Тринисторы. Устройство, принцип действия, вольтамперная характеристика. Коммутационные процессы в тиристорах. Быстродействующие тиристоры. Симметричные тиристоры (симисторы).

Области применения тиристора динистора, схемы включения.

Методические указания

Динистор – полупроводниковый прибор, имеющий два вывода. Состоит из трех последовательно включенных p-n переходов. Необходимо разобраться в том, что принцип работы прибора основан на изменении тока через средний переход. В конечном счете происходит переход (пробой) среднего перехода из запертого состояния в открытое за счет изменения сопротивления среднего перехода (как и прибора в целом с большого на маленькое). Следует разобраться, почему на среднем участке характеристика динистора обладает отрицательным сопротивлением.

Динистор является неуправляемым прибором, так как напряжение включения Uвклдля данного прибора есть величина постоянная. Если от одной из базовых областей сделать вывод и подать на него прямое напряжение, то такой прибор называется тиристором. Тиристор – управляемый прибор. Следует разобраться, в чем заключается управляющее напряжение базы, а так же каковы способы запирания тиристоров.

Рассмотренные тиристоры являются однооперационными, т.к. у них возможно управление только включением тиристора. Двухоперационные тиристоры представляют собой специфические четырехслойные структуры, которые можно включать и выключать при подаче соответствующих импульсов на один и тот же управляющий электрод.

Симисторы имеют пятислойную структуру типа n-p-n-p-n с четырьмя переходами и представляют собой фактически две четырехслойные структуры, включенные встречно-параллельно. Вольтамперная характеристика симметрична относительно начала координат.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните структуру динистора и назначение его электродов.

2. Нарисуйте вольтамперную характеристику динистора и укажите области открытого и запертого состояния на ней.

3. Укажите точки включения и выключения динистора на его характеристике.

4. Какова роль управляемого электрода в тринисторе?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: