Upload
jeremy-caldwell
View
64
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
p-n переход Слайд 1. Всего 27. Раздел 2 Электроника Лекция 2. р- n - переход. Автор Останин Б.П. Конец слайда. Е. p. n. p - n переход. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. +. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. _. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
р-n - переход
Раздел 2Электроника
Лекция 2
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 1. Всего 27
Структура p-n перехода
Дырки диффундируют из слоя р в слой n (их концентрация в слое р значительно выше, чем в слое n).
Электроны диффундируют из слоя n в слой p (их концентрация в слое n значительно выше, чем в слое p).
_ +_
_
_
_
_
_
_
_
_ _
_
_
_
_
_
_
_ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
+
+
+
Е
p-n переход
p n
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 2. Всего 27
В приграничных областях слоёв p и n возникает слой, обеднённый подвижными носителями заряда. Возникает электрическое поле с напряжённостью Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя р в слой n и переходу электронов из слоя n в слой р. Зато помогает переходу дырок из слоя n в слой р и переходу электронов из слоя р в слой n (возникает дрейфовый ток). В установившемся режиме дрейфовый ток равен диффузионному току.
Возникает потенциальный барьер. Для кремния 0,75 В. Для германия 0,2 В.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 3. Всего 27
х0
np
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 4. Всего 27
Симметричный р-n переход
Несимметричный р-n переход
np
p-n переход
np
p-n переход
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 5. Всего 27
А К
Область p-n перехода
Невыпрямляющие контакты
р n
р-n переход под внешним напряжением
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 6. Всего 27
0 х
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 7. Всего 27
А Кр n
U
U
0 х
Прямое включение
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 8. Всего 27
А Кр n
U
U
0 х
Обратное включение
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 9. Всего 27
Для идеального р-n перехода
)1( T
u
s eii
q
kTT - температурный потенциал,
при температуре 20С (эта температура называется комнатной в отечественной литературе) Т = 0,025 В,при температуре 27С (эта температура называется комнатной в зарубежной литературе) Т = 0,026 В,
is - ток насыщения (тепловой ток), индекс s от английского saturation current, для кремниевых р-n переходов обычно is = 10-15…10-13 А;k - постоянная Больцмана,
Т - абсолютная температура, Кq - элементарный заряд, q = 1,610-19 Кл.
Автор Останин Б.П. Конец слайдаАвтор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 10. Всего 27
К
эВ
К
Джk 523 1062,81038,1
is
i
0u
)1( T
u
s eii
Автор Останин Б.П. Конец слайдаАвтор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 11. Всего 27
Полезно отметить, что, как следует из приведённого выражения, чем меньше ток is, тем больше напряжение u при заданном прямом токе. У кремния ток is меньше, чем у германия.
Sii
0u
Ge
Автор Останин Б.П. Конец слайдаАвтор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 12. Всего 27
Uпр
Iпр
Uобр
0
1
Iобр
2
3
4
5
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 13. Всего 27
Пробой p-n перехода
Пробой это резкое изменение режима работы перехода находящегося под обратным напряжением. Резко уменьшается дифференциальное сопротивление.
di
durДИФ
Uпр
Iпр
Uобр
0
1
Iобр
2
3
4
rДИФ резко уменьшается
0di
durДИФ
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 14. Всего 27
В основе пробоя лежат три физических явления
1. туннельный эффект;2. лавинный пробой;3. тепловой пробой.
Туннельный пробой – электрический пробойЛавинный пробой – тоже электрический пробой.
Тепловой пробой – пробой, разрушаюший переход.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 15. Всего 27
Туннельный пробой
з
р n
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 16. Всего 27
Туннельный пробой
з
р n
Туннелирование
Лавинный пробой
После электрического пробоя p-n переход не изменяет своих свойств.
Тепловой пробой
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 17. Всего 27
Ёмкость p-n перехода
np
Q-Q
IОБР
UОБР
Барьерная ёмкость
U
Q
0
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 18. Всего 27
На постоянном токе U
QСБАР
На переменном токе dU
dQСБАР
U
СБАР
0
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 19. Всего 27
Барьерная ёмкость вредно влияет на выпрямление переменного тока (особенно на высоких частотах), так как шунтирует диод.
Диффузионная ёмкость
np
Q -Q
IПР
UПР
dU
dQС ДИФ
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 20. Всего 27
Ёмкость называют диффузионной, так как рассматриваемый заряд Q лежит в основе диффузии носителей в базе. СДИФ удобно и принято описывать не как функцию напряжения U, а как функцию тока перехода.
Сам заряд Q прямо пропорционален току I. Ток
экспоненциально зависит от напряжения U: . Поэтому производная также прямо пропорциональна току. Отсюда следует, что ёмкость СДИФ прямо пропорциональна току I
)1( T
u
s eii
dU
dI
TДИФ
IС
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 21. Всего 27
I
Q
0
CДИФ
TДИФ
IС
- среднее время пролёта (для тонкой базы), или время жизни (для толстой базы).
Среднее время пролёта – это время, за которое инжектируемые носители заряда проходят базу. Время жизни – это время от инжекции носителя заряда в базу до рекомбинации.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 22. Всего 27
Диффузионная ёмкость значительно больше барьерной, но использовать её не удаётся, так как она зашунтирована малым прямым сопротивлением самого диода.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 23. Всего 27
Общая ёмкость p-n перехода
ДИФБАРПЕР ССС
При обратном смещении перехода (U<0) диффузионная ёмкость практически равна нулю. При прямом смещении обычно
БАРДИФ СС
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 24. Всего 27
Температурные свойства
У германиевых p-n-переходов обратный ток увеличивается в 2 раза на каждые 10 С. Это можно выразить формулой
10
20
)20(2
t
СОБРОБР II
Например, если температура перехода возросла с 20 С до 70 С, то обратный ток возрастёт в 25, т.е. в 32 раза.
Кроме того у германиевых переходов снижается напряжение электрического пробоя.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 25. Всего 27
У кремниевых p-n-переходов обратный ток увеличивается в 2,5 раза на каждые 10 С.
10
20
)20(5,2
t
СОБРОБР II
У кремниевых p-n-переходов напряжение электрического пробоя при повышении температуры сначала несколько возрастает, а затем уменьшается.
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 26. Всего 27
134 10...10 КТКЕ
С повышением температуры как у германиевых, так и у кремниевых p-n-переходов несколько возрастает барьерная ёмкость.
Uпр
Iпр
Uобр
0
Iобр
20 С50 С
20 С
50 С
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 27. Всего 27