р- n - переход
-
Upload
jeremy-caldwell -
Category
Documents
-
view
71 -
download
0
description
Transcript of р- n - переход
![Page 1: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/1.jpg)
р-n - переход
Раздел 2Электроника
Лекция 2
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 1. Всего 27
![Page 2: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/4.jpg)
х0
np
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 4. Всего 27
![Page 5: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/7.jpg)
0 х
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 7. Всего 27
![Page 8: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/8.jpg)
А Кр n
U
U
0 х
Прямое включение
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 8. Всего 27
![Page 9: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/9.jpg)
А Кр n
U
U
0 х
Обратное включение
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 9. Всего 27
![Page 10: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/13.jpg)
Uпр
Iпр
Uобр
0
1
Iобр
2
3
4
5
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 13. Всего 27
![Page 14: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/16.jpg)
Туннельный пробой
з
р n
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 16. Всего 27
![Page 17: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/19.jpg)
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.
![Page 20: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/20.jpg)
Диффузионная ёмкость
np
Q -Q
IПР
UПР
dU
dQС ДИФ
Автор Останин Б.П. Конец слайда
p-n переход Слайд 20. Всего 27
![Page 21: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: р- n - переход](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033106/5681329a550346895d993443/html5/thumbnails/27.jpg)
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