Elektronika v1.2

  • View
    143

  • Download
    6

Embed Size (px)

Text of Elektronika v1.2

Sveuilite J.J. Strossmayera Elektrotehniki fakultet Osijek Kneza Trpimira 2b 31000 Osijek STRUNI STUDIJ v 1.2

Odgovori na pitanja iz kolegija

OSNOVE ELEKTRONIKE

NASTAVNIK:

Mr.sc. Slavko RUPI

Ispitna pitanja iz kolegija OSNOVE ELEKTRONIKE1. P i N tipovi poluvodia. 2. PN spoj pod djelovanjem napona. 3. Karakteristike PN diode. 4. Spoj sa PN diodom - statika i dinamika. 5. PNP i NPN spoj poluvodia - bipolarni tranzistor (BT). 6. Karakteristike bipolarnih tranzistora (ulazna i izlazne). 7. Pojaalo sa BT u spoju zajednikog emitera - statika i dinamika. 8. Pojaalo sa BT u spoju zajednikog kolektora - statika i dinamika. 9. Pojaalo sa BT u spoju zajednike baze-statika i dinamika. 10. Emiterska degeneracija. 11. Ogranienja u radu tranzistora. 12. Odabir poloaja statike radne toke BT. 13. FET i MOSFET - izvedba i vrste. 14. Pojaalo sa FET u spoju zajednikog uvoda (source-a) statika i dinamika. 15. Vrste pojaala i njihove karakteristike - strujna, naponska, otporna i strminska. 16. Pojaala snage. 17. Pojaala snage klase A. 18. Pojaala snage klase B. 19. Vrste povratne veze, primjer i svojstva NPV. 20. Operacijsko pojaalo (OP)- idealno i realno. 21. Invertirajue i neinvertirajue pojaalo s OP. 22. Sumator s OP uz invertiranje i bez invertiranja. 23. Integrator i derivator s OP. 24. Logaritamsko i eksponencijalno pojaalo s OP. 25. RC i LC sklopovi integratora i derivatora. 26. Diodni sklopovi za oblikovanje valnog oblika. 27. Bistabilni multivibrator, Schmitov bistabil 28. Monostabilni multivibrator. 29. Astabilni multivibrator. 30. Millerov integrator. 31. Familije (MOSFET,CMOS,TTL,DTL,RTL,DL) 32. Otpori, kondenzatori, otpornici 33. Kaskadni spojevi pojaala (Darlingtov spoj) 34. Analiza na VF Giacolett-ov model i Millerov torem 35. Podruija rada BT 36. Ebers-Mollov model BT 37. Diferencijalno pojaalo 38. A/D i D/A sklopovi

2

ODGOVORI:1. P i N tipovi poluvodiaRazlikujemo dva tipa poluvodia: Poluvodii N-tipa. Taj tip poluvodia nastaje kad se poluvodi oneisti ili dozira peterovalantnim neistoama, meu koje spadaju duik (N), fosfor (P) arsen (As) i antimon (Sb). etiri elektrona peterovalentnog elementa neistoe udruena su u valentne veze sa etiri susjedna germanijeva atoma. Peti elektron vezan je uz svoj atom jedino elektrostatskom privlanom silom Coulombovog tipa. Budui da su energije ionizacije niske, ve e i kod temperature od oko -150C na vie veina neistoa biti ionizirana to znai da ve na vrlo niskim temperaturama e praktiki svi elektroni koji potjeu od atoma neistoa biti u vodljivom pojasu i slobodno se gibati kroz kristal. Petovalentne neistoe daju elektrone u vodljivi pojas, pa se zbog toga nazivaju donorske neistoe. Ionzirani donor ima pozitivan naboj. Koncentracija upljina bit e puno manja od koncentracije elektrona pa e veinski ili majoritetni nosioci bili elektroni, a upljine e biti manjinski ili minoritetni nosioci. Poluvodi kome su dodane peterovalentne ili donorske neistoe naziva se poluvodi N-tipa, zbog toga to su u njemu majoritetni nosioci elektroni, estice negativnog naboja.

Dijagram energetskih pojasa poluvodia N-tipa U dijagramu energetskih pojasa prisustvo donorskih neistoa ima za posljedicu nastajanje dodatnog energetskog nivoa unutar zabranjenog pojasa, i to pri njegvom vrhu. Taj nivo se naziva donorski nivo ED. Razlog zbog kojega donorski nivo mora leati uz vrh zabranjenog pojasa slijedi automatski iz injenice, da je za prebacivanje elektrona vezanih uz donorske atome u vodljivi pojas potreban vrlo mali iznos energije Uslijed razbijanja valentnih veza postoje i upljine u valentnom pojasu, to je takoer prikazano na slici.

3

Poluvodii P-tipa. Taj tip poluvodia nastaje kad se poluvodi oneisti ili dozira, trovalentmim neistoama, meu koje spadaju bor (B), aluminij (Al), galij (Ga) i indij (In). Trovalentnoj neistoi nedostaje jedan elektron da kompletira valentnu vezu. Ona se kompletira na taj nain da je popuni valentni elektron iz neke susjedne veze, ime se proces nastavlja. Budui da trovalentne neistoe kompletiraju valentne veze primajui elektrone iz valentnog pojasa, nazivaju se akceptorske neistoe. Energije ionizacije akceptorskih neistoa su vrlo male i lee u istom intervalu energija kao i za donorske neistoe. Kao i u poluvodiu N-tipa i u P-tipu postoji razbijanje valentnih veza, iji je intenzitet odreen temperaturom. U poluvodiu P-tipa su pozitivne upljine majoritetni nosioci, odatle i naziv P-tip, a elektroni su minoritetni nosioci. Akceptorske neistoe uvode u dijagram energetskih pojasa dodatni akceptorski nivo EA , koji lei unutar zabranjenog pojasa. Budui da se akceptorske neistoe lako ioniziraju primajui elektrone iz valentnog pojasa, mora akceptorski nivo leati pri dnu zabranjenog pojasa. Akceptorski atom primajui elektron postaje negativan ion. Na taj nain se stvara upljina u valentnom pojasu,pa se moe takoer rei da akceptorski atom vezuje upljinu, a ionizacijom je daje u valentni pojas.

Ostalo: Intrinsini poluvodi (ist) je poluvodi ija se kristalna reetka sastoji samo od atoma jednog elementa,bez ikakvih primjesa. Ekstinsini poluvodi (primjesni) je poluvodi kod kojeg elektrika svojstva (u prvom redu elektrika vodljivost) ovise o prisustvu nekog stranog elementa. Razbijanje kovalentne veze je proces u kojem se elektron iz valentnog pojasa prebaci u vodljivi pojas jer pri temperaturi veoj od 0K postoji vjerojatnost da valentna veza zahvati kvant energije h f > EG koji potjee od vibracije kristalne reetke koja nastaje pri gibanju elektrona ili upljina kroz kristalnu reetku.

4

DOPIRANJE je postupak namjernog ubacivanja neistoa u kristalnu reetku atoma. Ubacivanje 3-valentne (za P-tip) ili 5-valentne neistoe (za N-tip). U kristalnu reetku ubacujemo od 1012 do 1015 atoma neistoa u 1 cm 3 . DEGENERIRANI POLUVODI- je poluvodi koji sadri 5 1018 cm 3 ili vie atoma neistoa.

Ilustacija nastajanja parova nosilaca u dijagramu energetskih pojasa DONORI su atomi koji doniraju elektron. To su najee slijedei elementi:duik,fosfor,antimon i arsen. Donorski atom AKCEPTORI su atomi koji primaju elektron i postaju negativni ion. Na taj nain stvaraju upljinu u valentnom pojasu. To su najee slijedei elementi:bor,aluminij,indij i galij. Akceptorski atom

Shematski prikaz projekcije modela kristalne reetke intrisinog Ge ili Si na konanoj temperaturi s ilustracijom rezbijanja kovalentne veze

5

Poloaj Fermijevog nivoa u poluvodiu N-tipa i P-tipap 0 - ravnotena koncetracija upljina

n0 - ravnotena koncetracija elektrona

N-tip: -velika koncentracija elektrona u vodljivom pojasu -mala koncentracija upljina u valentnom pojasu Fermijeva energija je blie vodljivom pojasu u kojem se nalazi velik broj elektrona. P-tip: -mala koncentracija upljina u vodljivom pojasu -velika koncentracija elektrona u valentnom pojasu Fermijeva energija je blie valentnom pojasu u kojem se nalazi velik broj uljina.

6

2. PN spoj pod djelovanjem napona a) propusna polarizacija

Potenijalna barijera postaje manja u odnosu na ravnateno stanje. Zbog toga se u sluaju kad je plus pol vanjskog napona prikljuen na P-tip difuzija veinskih nosilaca olakava, pa e doi do pojaane injekcije elektrona na P-stranu i upljina na N-stranu. To e imati za posljedicu znatan porast difuzionih struja IDN i IDP, koje se meusobno potpomau. Veinski nosioci koji mogu difundirati preko barijere oznaeni su rafifanim povrinama. Za struje manjinskih nosilaca ISN i, ISP se nije nita promijenilo u odnosu na ravnoteno stanje, jer za njih barijera ne postoji. Struje IDNf i IDP e prevladati struje ISN i ISP i struja kroz P-N spoj e tei. Lako je zakljuiti da e struja biti to vea to je potencijalna barijeramanja. Ukupni napon na P-N barijeri je UT0T i on je jednak sumi kontaktnog potencijala i vanjskog napona. U TOT = U K + U (1.) N-strana je uzeta za referentnu, pa UT0T znai ukupni napon P-strane prema N-strani. Kontaktni potencijal je negativan, pa napon UT0T postaje iznosom manji ukoliko je vanjski napon U pozitivan, tj. ako je plus pol napona U prikljuen na P-stranu. Budui da je uz takvu polarizaciju barijera smanjena,

7

naziva se ta polarizacija propusna polarizacija P-N spoja. Openiti) se za struju propusne polarizacije moe pisati:I = I DN + I DP I SN I SP = I D I S Za sada se jo ne moe rei kakva e biti ovisnost struje o prikljuenom naponu, ali je oito da e ona biti to vea to je napon propusne polarizacije vii. U dijagramu energetskih pojasa se prikljuak vanjskog napona U manifestira kao dislokacija energetskih nivoa P-strane za iznos - qU. Prema tome, Fermijevi nivoi P i N strane nisu vie isti, nego meusobno pomaknuti za spomenuti iznos. Uz propusnu polarizaciju dolazi do pojaanog ubacivanja veinskih nosilaca preko barijere, koji prelaze na onu stranu gdje predstavljaju anjinske nosioce, pa se taj proces naziva injekcija minoritetnih ili manjinskih ncsilaca. On predstavlja osnovu rada P-N dioda i tranzistora.

b) reverzna polarizacija

8

U sluaju da je minus pol vanjskog napona prikljuen na P-stranu, potencijalna barijera bit e vea, tj. napon UTOT postaje iznosom vii.Za UTOT opet vrijedi relacija (1.). Iz dijagrama energetskih pojasa je oito da e zbog visine potencijalne barijere difuzija veinskih nosilaca preko barijere biti praktiki onemoguena. Postojat e samo struja manjinskih nosilaca, koja je vrlo mala i koja kao to se vidi ne ovisi o naponu. Budui da uz takvu polarizaciju postoji samo mala struja manjinskih nosilaca, naziva se ta polarizacija reverzna ili nepropusna polarizacija P-N spoja. Za struju P-N spoja vrijedi sada relacija: I = I SN I SP = I S Budui da struja reverzne polarizacije ne ovisi o naponu, naziva se reverzna struja zasienja. U danom prikazu pretpostavljeno je da se sav pad napona odigrava na P-N barijeri, tj. da nema pada napona du elektriki neutralnih dijelova poluvodia P- i N-tipa koji se nadovezuju na barijeru. U prikazu energetskih pojasa