- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál1. Vlastnosti polovodičových součástek
1. Dvě křemíkové diody se liší pouze plochou PN přechodu. Dioda D1 má plochu přechodu dvakrát větší, než dioda D2. V jakém poměru budou jejich diferenciální odpory, jestliže na obou diodách bude přiloženo stejné napětí v propustném směru. Stručně vysvětlete proč.
Diodou D1 s dvojnásobnou plochou bude při stejném napětí protékat dvojnásobný proud oproti diodě D2, neboť I01=2*I02.Výraz pro diferenciální odpor (rd= UT / ID ) získáme derivací závislosti UD = f (ID) podle ID . Diferenciální odpor bude tedy u diody D1 poloviční oproti diodě D2.
2. Polovodičová dioda je zapojená sériově s rezistorem R = 1k. Tato sériová kombinace je připojena na napětí UN = 3V. Známe Io = 10e-9A /25deg.C. Vypočtěte: a) proud protékající diodou - ID b) napětí na diodě - UD c) dynamický odpor diody - rD d) napětí pro náhradní linearizovaný model.O jakou diodu se pravděpodobně jedná?
Typ diody lze odhadnout i z velikosti (řádu) saturačního proudu (IOSi ... 10-12A, IOGe ... 10-9A). c) dosadíme do vztahu rd= UT / ID =0,0259/0,0024 =10,79Ohmd) U0 odvodíme z velikosti UD =0,6V.
3. Co je to vlastní (intrinzická) koncentrace nosičů v polovodiči? Uveďte závislost na teplotě a šířce zakázaného pásu a orientační hodnoty pro Si a Ge při pokojové teplotě.
U čistých (nedotovaných) polovodičů jsou za temna elektrony uvolňovány do vodivostního pásu pouze na základě tepelné generace. Ke každému elektronu ve vodivostním pásu přísluší díra v pásu valenčním. Počet elektronů a děr je tedy stejný. Tento počet vztažený na jednotku objemu označujeme jako intrinzická koncentrace - více než exponenciálně roste s teplotou a exponenciálně klesá se šířkou zakázaného pásu
4. Vysvětlete mechanismus fotovodivosti. Jak závisí fotovodivost na dopadajícím světelném záření?
Pokud je energie fotonu dopadajícího na povrch polovodiče větší než energie odpovídající šířce zakázaného pásu může dojít ke generaci páru elektron díra. Tak se zvýší koncentrace volných nosičů v polovodiči a tedy i jeho schopnost vést elektrický proud. Koncentrace vygenerovaných nosičů i fotovodivost jsou přímo úměrné intenzitě dopadajícího záření.
2. Vlastnosti polovodičů
1. a) Co jsou polovodiče nevlastní. b) Proč je používáme. c) Jakým způsobem se vyrábějí?
a) Nevlastní polovodiče vznikají zavedením příměsí pětimocných (N) nebo trojmocných (P) atomů do struktury polovodiče. Pětimocné atomy elektrony snadno uvolňují, trojmocné je snadno vážou, takže za běžných teplot je koncentrace takto vzniklých nosičů určena koncentraci příměsí a je v poměrně velkém rozsahu teplot na teplotě nezávislá.
b) Interakcí oblastí P a N vzniká polovodičový přechod, který je základním prvkem většiny elektronických součástek.
c) Klasická technologie zavádění příměsí je difúze, modernější iontová implantace a depozice z plynné fáze.
2. a) Definujte pohyblivost nosičů. b) Jaký je její rozměr? c) Jak závisí na koncentraci příměsí?
a) Rychlost pohybu nosičů elektrického proudu v polovodiči je při malé intenzitě elektrického pole (E < 104 V/ m) přímo úměrná intenzitě elektrického pole, které tento pohyb působí. Konstantu úměrnosti označujeme jako pohyblivost nosičů.
b) Rozměr musí být m2V-1 s –1, po vynásobení V m-1 má výsledek rozměr ms-1.(Pohyblivost = v/E)
c) Od koncentrace příměsí asi 1017cm3 výrazně klesá. Při nízkých koncentracích příměsí je na koncentraci příměsí závislá velmi málo
3. Dva vzorky stejného polovodiče (Si), jeden typu P a jeden typu N jsou homogenně dotovány příměsemi, tak že platí ND = NA. Který vzorek má větší měrný odpor? Zdůvodněte!
Vzhledem k mechanismu pohybu děr je pohyblivost děr vždy menší, než pohyblivost elektronů, u Si dokonce velmi výrazně. Větší měrný odpor tedy bude mít vzorek s děrovou vodivostí – polovodič typu P.
4. a) Nakreslete typickou teplotní závislost koncentrace nosičů (t.j děr i elektronů) pro polovodič typu N s koncentrací příměsí ND >> ni. Rozmezí teplot volte tak, aby se uplatnily příslušné aktivační energie. b) V jakém vztahu k tomuto grafu jsou šířka zakázaného pásu polovodiče, poloha Fermiho hladiny (energie) a aktivační energie příměsí?
a) K aktivaci příměsí dochází již při nízkých teplotách nad teplotou asi 70 K jsou již všechny příměsi aktivovány. Je patrné, že v poměrně velkém rozmezí teplot se koncentrace majoritních nosičů výrazně nemění. V tomto rozsahu teplot lze součástku běžně používat. Při vysokých teplotách se začíná uplatňovat tepelná generace nosičů a koncentrace nosičů – elektronů i děr prudce roste, materiál se začne chovat jako polovodič vlastní.
b) Šířkou zakázaného pásu je určena teplota, při které se začne uplatňovat tepelná generace nosičů.
Poloha Fermiho energie vyjadřuje obsazení energetických stavů ve vodivostním a valenčním pásu. Pokud je koncentrace elektronů a děr stejná (při velmi nízkých a velmi vysokých teplotách) leží Fermiho energie zhruba v polovině zakázaného pásu. V rozmezí teplot, kde je koncentrace nosičů určena koncentrací příměsí se Fermiho energie posunuje směrem k příslušnému pásu – k vodivostnímu v případě polovodiče typu N a k valenčnímu u typu P.
Aktivační energie příměsí ovlivňuje chování v oblasti velmi nízkých teplot. U běžných příměsí typu P i N nabývá přibližně stejné hodnoty kolem 40 meV (posun od okraje pásu).
5. Jak u polovodičů závisí velikosti Fermiho energie (její poloha oproti okrajům zakázaného pásu) : a) na typu a koncentraci příměsí? b) na teplotě?
a) U polovodiče typu N se pohybuje směrem k vodivostnímu pásu a je těsně pod ním o 0,044eV, v polovodiči typu P se fermiho hladina posouvá těsně nad valenční pás o 0,045eV.
b) Fermiho hladina se posunuje se vzrůstající teplotou i se vzrůstající koncentrací příměsí nahoru v polovodiči typu N a dolů v polovodiči typu P.
3.Polovodičový přechod, dioda
1. a) Načrtněte, jak se změní energetický pásový diagram PN přechodu (Si) při přiložení závěrného napětí (3 V).
b) Jakým směrem působí závěrné a difúzní napětí na PN přechodu?
c) Vyznačte do pásového diagramu velikost difúzního a závěrného napětí.
a)
b) Závěrné napětí spolu s difúzním jdou stejným směrem.
c) Jeto v diagramu qU.
Pásový diagram přechodu PN .Po přiložení závěrného napětí se energetický rozdíl mezi pásy zvětší, neboť difúzní a závěrné napětí má stejný směr.
2. a) Vysvětlete pojem doba života nosičů. Jakých hodnot nabývá u běžných polovodičů? b) Jak ovlivňuje struktura polovodiče její velikost? c) Které parametry polovodičové diody a bipolárního tranzistoru doba života ovlivňuje?
a)Je to střední doba existence nosičů od generace do okamžiku rekombinace. U běžných polovodičů nabývá hodnoty kolem 10-6 s , u velmi čistých krystalů 10-3 s.
b) U polovodičů se strukturními poruchami nebo úmyslně zavedenými rekombinačními centry může klesnout až k 10-9 s.
c) U polovodičové diody ovlivňuje rychlost rozepnutí (odstranění náboje akumulovaného v kvazineutrálních oblastech přechodu) a velikost závěrného proud (viz.př.5.). U bipolárního tranzistoru je důležitá rekombinace v bázi – při zavedení rekombinačních center se zrychluje rozepnutí ovšem za cenu podstatného zmenšení proudového zesilovacího činitele a zvětšení zbytkových proudů tranzistoru.
3. Na čem závisí saturační proud diody a jak?
Závislost je zřejmá ze Shocklyho rovnice. Nejvýznamněji se projevuje závislost na použitém materiálu (ni2) a koncentraci příměsí. Významnou roli hraje také doba života nosičů – liší se u diod pro různé oblasti použit viz př.2. Zvýšením koncentrace příměsí lze např. u germaniových diod dosáhnout malých závěrných proudů ovšem za cenu podstatného snížení závěrného napětí.
4. a) Na čem a jak závisí závěrný proud polovodičové diody. b) Jaká je souvislost mezi závěrným a saturačním proudem polovodičové diody?
a) Závěrný proud diody je v podstatě určen proudem saturačním. Uplatňuje se však vliv generace, svodových proudů a konečné hodnoty průrazného napětí. Skutečný průběh se tedy přibližuje teoretickému pouze u germaniové diody.
b) V závěrném směru v ideálním případě diodou může protékat jenom saturační proud.
5. a) Jakými parametry se obvykle liší spínací diody od běžných diod se stejným závěrným napětím a maximálním proudem diody IDmax. b) Vysvětlete.
Pro zrychlení rozepnutí jsou do diody zavedeny příměsi (Au) způsobující zrychlení rekombinace. Menší doba života nosičů má však za následek zvýšení saturačního a tím i závěrného proudu (IO ~ tau-1/2)
6. Dioda D1 má koncentraci příměsí ND = 1016cm -3, NA = 1016cm -3, dioda D2 má koncentraci příměsí ND = 1016cm -3 , NA = 1014cm -3. Která z diod bude mít větší průrazné napětí a která větší hodnotu saturačního proudu? Vysvětlete proč.
Průrazné napětí závisí na šířce přechodu. Ta bude větší u diody s menší koncentrací příměsí.
Saturační proud je nepřímo úměrný koncentraci příměsí – opět bude výrazně větší u diodyD2 s menší koncentrací příměsí v oblasti P.
4. Polovodičová dioda
1.a) Vysvětlete pojem "barierová kapacita diody".
b) Jak se projevuje u reálných součástek? c) Jak závisí její velikost na konstrukci diody a na provozních podmínkách?
a) Je vytvořena dvojvrstvou prostorového náboje v depletiční vrstvě. Převažuje v závěrném směru.
b)Například u spínacích diod způsobuje svody v rozepnutém stavu (parazitní vlastnosti). U tranzistoru může způsobovat opožděné rozepnutí apod.
c)Je závislá na ploše přechodu, koncentraci Na a Nd a na velikosti přiloženého napětí.
2. a) Vysvětlete pojem "difúzní kapacita diody". b) Na čem závisí difúzní kapacita diody. c) Jak se projevuje u reálných součástek?
a) V propustném směru se jedná o difúzi majoritních nosičů. Za přechodem se z nich stávají minoritní, je porušena tepelná rovnováha a musí nastat tepelná rekombinace. Při velkém difúzním proudu však nosiče nestačí zrekombinovat a v okrajových částech přechodu dochází k akumulaci náboje => vzniká kapacita.
b) Difúzní kapacita závisí na proudu diodou a tudíž na přiloženém napětí, na době života nosičů (kompenzace zkrácení doby života rekombinačními centry apod.), a klesá s teplotou 30°C je asi 10%.
c) U spínacích prvků prodlužuje dobu rozepnutí.
3. Vyjmenujte druhy průrazu PN přechodu v závěrném směru a stručně je definujte. Závisí průrazné napětí na teplotě? Jak?
Nedestruktivní- lavinový , tunelový
Destruktivní – tepelný , povrchový
4. a) Vysvětlete tunelový průraz přechodu PN. b) U jakých součástek se vyskytuje? c) Jaká je jeho teplotní závislost?
Tunelový – nastává při velmi malých napětích u úzkých přechodu bohatě dotovaných. Na jedné straně musí být obsazeny en. Hladiny a na druhé volné na stejných en. Úrovních. Může nastat jak v propustném tak i závěrném směru. Se zvětšením teploty se zvětší energie přeskoku a zvýši se pravděpodobnost přeskoku.. Průrazné napětí se s teplotou snižuje. U Si diod s napětím větším než 4,4 má záporný teplotní součinitel.
Tunelový průraz se vyskytuje u stabilizačních(zenerka) a referenčních.
5. a) Vysvětlete lavinový průraz přechodu PN. b) U jakých součástek se vyskytuje? c) Jaká je jeho teplotní závislost?
Lavinový – u přechodu širokých málo dotovaných. Elektron získá na své dráze v el. Poli dostatečnou energii k ionizaci atomu krystalové mříže. Vznikne další elektron, který pokračuje dále a vše se opakuje. Při větši teplotě se zvětší rozkmit krystalové mříže a elektrony jsou bržděny – potřebují větší energii.
Lavinová usměrňovací dioda.
6. a) Vysvětlete tepelný průraz přechodu PN. b) U jakých součástek se vyskytuje
Tepelný – protože saturační proud je velmi závislý na teplotě tudíž se zvětší ztráty v závěrném směru. Proudová hustota na přechodu je ovlivněna nečistotami poruchami a rekombinačními centry kde se lokálně zvětšuje proudová hustota může zde dojit k protavení přechodu a jeho zničení.
Teplený průraz se vyskytuje u všech součástek hlavně u spínacích prvků, které obsahuji rekombinační centra, a nebo nekvalitních pol
7. a)Vysvětlete povrchový průraz přechodu PN. b) U jakých součástek se může vyskytnout?
Povrchový – nastává při napětích nad 1000V. Vlivem nečistot a poruch na povrchu se el. Pole rozloží nerovnoměrně a může dojit k lokálnímu průrazu, který vede k povrchovému průrazu.
Může se hlavně vyskytnout vysokonapěťových součástek.
Působením nečistot, nebo strukturních poruch se může deformovat průběh elektrického pole na povrchu polovodiče tak, že v určitém místě dojde ke zvýšení proudové hustoty a rozvinutí povrchového průrazu. Tento typ průrazu může nastat především u vysokonapěťových součástek. Při výrobě těchto součástek je tedy nutné použití krystalů s minimálním množstvím poruch. Jejich
Vloženo: 4.06.2009
Velikost: 299,50 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BESO - Elektronické součástky
Reference vyučujících předmětu BESO - Elektronické součástky
Podobné materiály
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák A (2)
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák A
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák B
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák C
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák D
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák E
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák z vypracovaných otázek
- BKEZ - Konstrukce elektronických zařízení - tahak
- BKEZ - Konstrukce elektronických zařízení - tahak_obrazky
- BKSY - Komunikační systémy - tahák
- BMA3 - Matematika 3 - tahák části B 2
- BMA3 - Matematika 3 - Tahák části B
- BMPT - Mikroprocesorová technika - tahák
- BMVE - Měření v elektrotechnice - tahak bmve
- BMVE - Měření v elektrotechnice - tahák2
- BOPE - Optoelektronika - tahák
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky01
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky02
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky03
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky04
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky05
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky06
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky07
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky08
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky09
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky10
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky11
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky12
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky13
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky14
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky15
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky16
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky17
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky18
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky19
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky20
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky21 22 23
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázky21 a· 26
- BRMK - Rádiové a mobilní komunikace - tahák otázkyPřehled
- BRPV - Rádiové přijímače a vysílače - tahák
- BSHE - Studiová a hudební elektronika - Tahak08
- BSHE - Studiová a hudební elektronika - tahák
- BTPT - Terapeutická a protetická technika - tahák 2
- BTPT - Terapeutická a protetická technika - tahák
- BUMI - Úvod do medicínské informatiky - tahák celek
- BUMI - Úvod do medicínské informatiky - tahák ocr
- BVEL - Výkonová elektronika - tahak
- BVEL - Výkonová elektronika - tahak_PRIKLADY
- BVEL - Výkonová elektronika - tahak_zmeneny
- BVMT - Vysokofrekvenční a mikrovlnná technika - Ře‘ené příklady do VMT tahak
- MASO - Analýza signálů a obrazů - matlab_tahak
- MPLD - Programovatelné logické obvody - tahak MPLD
- MTEO - Teorie elektronických obvodů - tahak
- MTRK - Teorie rádiové komunikace - tahak
- MZSY - Zabezpečovací systémy - dobry tahak
- BARS - Architektura sítí - tahak-unix
- BESO - Elektronické součástky - beso-tahak
- BDIZ - Diagnostika a zkušebnictví - Tahák na zkoušku - základní pojmy
- BDIZ - Diagnostika a zkušebnictví - Tahák na zkoušku otázky
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák 2
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák obr.1
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák obr.2
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák příklady,schémata
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák teorie
- BDOM - Digitální obvody a mikroprocesory - Tahák
- BEMV - Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - Tahák Dielektrika
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák příklady
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák - BMVE
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák 3
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák 2
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák AB
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák DC
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák EFG
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Tahák H
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Tahák blažek
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Tahák napětí
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Tahák přístroje
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Tahák základní pojmy
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Tahák- odpovědi na otázky
- BVPA - Vybrané partie z matematiky - Tahák
- BFY2 - Fyzika 2 - příklady - tahák
- BESO - Elektronické součástky - tahak 1-5
- BESO - Elektronické součástky - tahak 6-9
- BFY2 - Fyzika 2 - tahák
- BMMS - Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Taháky, semestrálky, apod.
- BMA1 - Matematika 1 - povolený tahák A4 se vzorci na zkoušku BMA1 verze01
- BCZA - Číslicové zpracování a analýza signálů - Tahák
- BMA3 - Matematika 3 - BMA3 povolený tahák na první písemku na numerické metody 2010.pdf
- BMA2 - Matematika 2 - BMA2 povolený tahák na zkoušku 2010.ZIP
- BMA3 - Matematika 3 - bma3_zkouska_tahak
- BMA3 - Matematika 3 - BMA3 legální tahák na 2 písemku pravděpodobnost 2010
- BMA3 - Matematika 3 - bma3 legální tahák ke zkoušce 12-2010
- KMA1 - Matematika 1 - Tahák 1A
- KMA 1 - Matematika 1 - Tahák 1B
- BZTV - Základy televizní techniky - Tahák BZTV otázky 1-33
- BZTV - Základy televizní techniky - Tahák BZTV otázky 1-33 - 2
- BMA1 - Matematika 1 - Upraveny_Tahak_BMA
- XAN4 - bakalářská angličtina 4 - Tahák
- BMA2 - Matematika 2 - Tahak BMA2 list2
- BELA - Elektroakustika - Tahák
- BCZA - Číslicové zpracování a analýza signálů - Tahák ke zkoušce
- MDRE - Diferenciální rovnice a jejich použití v elektrotechnice. - MDRE legalni tahak rok 2014
- MDRE - Diferenciální rovnice a jejich použití v elektrotechnice. - pdf verze MDRE legalni tahak 2014 VUT FEKT.zip
- BKSY - Komunikační systémy - Tahák 2014
Copyright 2024 unium.cz