Оптоэлектроника Полупроводниковый лазер Волоконно-оптический световод Электронно-дырочный переход Изучение законов внешнего фотоэффекта

Лабораторные работы по электронике

Расчет контактной разности потенциалов. Напомним, что электронно-дырочный переход – это контакт двух полупроводников с различным типом проводимости. Электропроводность полупроводников, обусловленная основными носителями зарядов, определяется следующими выражениями:

sp=qNАmp, (1.17)

sn=qNDmn, (1.18)

где sp, sn – электропроводность полупроводников p- и n-типов.

Удельное сопротивление полупроводника p-типа

rp=(qNAmp)-1,  (1.19)

откуда концентрация акцепторов равна

NA=(qrpmp)-1. (1.20)

Аналогично концентрация доноров определяется соотношением

ND=(qrnmn)-1. (1.21)

При известных значениях NA и ND выражение для диффузионного потенциала (контактной разности потенциалов) может быть представлено в виде

. (1.22)

1.2.4. Расчет вольт-амперной характеристики p–n-перехода. Вольтамперная характеристика (ВАХ) идеального p–n-перехода может быть представлена в виде

, (1.23)

где I0 – ток насыщения; U – напряжение, приложенное к переходу. Ток насыщения I0 определяется следующим выражением:

 [А], (1.24)

где S – площадь p–n-перехода.

Когда NA >> ND (p–n-переход несимметричный), обратный ток насыщения определяется соотношением

 [А]. (1.25)

Когда ND >> NA, то

 [А]. (1.26)

1.2.5. Определение дифференциального сопротивле-ния p-n-перехода. Выражение (1.23) может быть представлено в виде

. (1.27)

Дифференцируя (1.27) по напряжению можно получить

Следовательно, в общем случае дифференциальное сопротивление

=jТ/(I0+I), (1.28)

Если величина прямого тока существенно превышает величину тока насыщения (I»I0), то

В этом случае

r=jТ /I. (1.29)

Определение величины барьерной емкости p-n-перехода. Величина удельной барьерной емкости резкого p–n-перехода в общем случае рассчитывается по формуле

 . (1.30)

При этом ширина обедненного слоя (ширина p–n-перехода) определяется выражением

, (1.31)

где .

Удельная барьерная емкость плавного p–n-перехода может быть определена соотношением

 , (1.32)

где а – градиент концентрации примесей, [м-4].

Ширина p–n-перехода

. (1.33)

Переключатели аналоговых сигналов

Примеры, где применяются переключатели: подключение измерительного прибора к цепям с аналоговыми сигналами; процедура модуляции сигналов; переключения в устройствах контроля параметров работы различных схем электрооборудования и др.

Идеальные переключатели - это полевые транзисторы. Обычно применяются полевые транзисторы с изолированным затвором. Такие транзисторы обеспечивают изоляцию цепи управления ключом от цепи входного переключаемого сигнала. Самый распространенный ключевой элемент - это полевой транзистор (с изолированным затвором и индуцированным каналом). Транзистор с индуцированным каналом наиболее подходит, так как он может обрабатывать сигналы любого знака и является нормально закрытым.


Схема простейшего аналогового переключателя показана на следующем рисунке:

Для этого переключателя:

 ±Uвх, при замкнутом VT;

Uвых= 0, при разомкнутом VT.

Для сравнения приводим соотношения для логического ключа:

 1, при замкнутом VT;

Uвых= 0, при разомкнутом VT.

Отсюда видно основное различие между ключами.

Для отпирания полевого транзистора VT на затвор нужно подать напряжение, которое отрицательнее напряжения на остальных электродах (сток и исток VT взаимозаменяемы) на величину порогового напряжения

Uпор. Для VT p-типа Uпор<0, а характеристика имеет вид:

Чем больше соотношение ïï>ïUпорï, тем меньше сопротивление канала. Подложку полевого транзистора обычно подключают к источнику постоянного напряжения. Это позволяет исключить влияние подложки на передачу Uвх.

Для правильной работы переключателя с каналом p - типа необходимо выполнять несколько условий:

1. Для разомкнутого состояния VT на затворе требуется напряжение

Uз выкл>Uпoр+Uвх мах.

Например, при Uпoр=–5В для входного напряжения -10В, на затвор необходимо подать Uз выкл>–5В+(-10В)=–15В, т.е. –14В, –13В и т.д. Для входного напряжения +10В, на затвор необходимо подать Uз выкл>–5В+ (+10В)=+5В, т.е. +6В, +7В и т.д. Соответственно для переключения знакопеременного сигнала на затвор надо подавать большее из этих расчетных напряжений, например, +10В.

2. Для замкнутого состояния VT: Uз вкл<Uпoр+Uвх min.

Например, при Uпoр=–5В для переключения –10В на затвор необходимо подать Uз вкл=–10В+(-10В)=–20В. Здесь имеется в виду, что при Uпoр=–5В для обеспечения проводимости ключом требуемого тока Ic в соответствии с входной характеристикой на затвор подается напряжение с запасом по сравнению с Uпoр, например, –10В.


Сопротивление проводящего канала транзистора изменяется нелинейно при изменении напряжения на затворе относительно стока или истока. Для уменьшения нелинейности применяют ключ на двух транзисторах с каналами разных типов. Транзисторы включаются параллельно. При этом изменение переключаемого Uвх при конкретном напряжении на затворе влияет на сопротивление канала противоположным образом, поэтому сопротивление канала меняется меньше при изменении Uвх. В данном случае ключ будет иметь вид:

 

Подобные ключи выпускаются в виде микросхемы, например отечественная микросхема К176КТ1.


На главную