Основы полупроводниковой электроники

Машиностроительное черчение
Курсовая работа по Детали маши
Геометрическое черчение
Проекционное черчение
Изучение резьбовых соединений
Соединение деталей
Эскизы и рабочие чертежи деталей
Чтение и детелирование сборочного чертежа
Сборочный чертеж изделия
Графический редактор КОМПАС
Соединение деталей клейкой или пайкой
Начертательная геометрия
Техническая механика
Инженерная графика
Атомная энергетика
Электротехника
Изучение электрических цепей
Электрические фильтры
Основы полупроводниковой электроники
Расчет цепей постоянного тока
Метод узлового напряжения
Расчет цепей переменного тока
Пример расчета трехфазной цепи
Решение задач
Лабораторная работа
Лабораторные работы по ТОЭ
Исследование линейной электрической
цепи постоянного тока
Параллельная цепь переменного тока
Трехфазные нагрузочные цепи
Испытание однофазного трансформатора
Испытание генератора постоянного тока
Испытание асинхронного короткозамкнутого
двигателя
Испытание синхронного двигателя
Исследование переходных процессов
Линейная электрическая цепь второго порядка
Исследование полупроводниковых
выпрямителей
Трехфазные выпрямители
Характеристики и параметры биполярных
транзисторов
Исследование усилителя постоянного тока
Исследование усилителя низкой частоты
на транзисторе
Исследование управляемого тиристорного
выпрямителя
Исследование полупроводникового
стабилизатора напряжения
Исследование дешифраторов
Исследование электрических свойств
сегнетоэлектриков
Исследование свойств ферромагнитных
материалов
Температурная зависимость
сопротивления окислов металлов
Исследование электропроводности
полупроводниковых материалов
Математика
Лекции по математике

Вычислить несобственный интеграл

Вычислить неопределенный интеграл

Дифференциальные уравнения (ДУ)

Степенные ряды

Числовые ряды

Неопределенный интеграл

Несобственный интеграл 1-го рода

Исследовать сходимость интеграла

Основные методы интегрирования

Метод интегрирования по частям

Вычисление площадей плоских фигур

Определенный интеграл и его приложения

Однородные уравнения

Условие Липшица

Введение в математический анализ
Определённый интеграл
Замена переменных
Типовой расчет
История искусства
Абстрактное искусство
Романская и готическая архитектура
Архитектура ренессанса
Нотер-Дам-де-Пари
Архитектура Италии
Русское деревянное зодчество
Русское барокко
Судьба советской архитектуры

 Изучение электровакуумных и полупроводниковых приборов составляет существенную часть современной науки, которая называется электроникой. Радиоэлектроника является одной из областей применения электроники и созданных ею приборов электровакуумных, полупроводниковых и квантовых.

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на перемещении и распределении зарядов под воздействием электрических и магнитных полей внутри кристаллов твердого тела. Такие приборы не только способны во многих случаях заменить радиолампы, но и открывают новые возможности применения радиоэлектроники в ряде отраслей народного хозяйства. Особенно важным оказалось применение полупроводниковых приборов в тех установках, которые состоят из десятков тысяч активных элементов (например, электронные вычислительные машины): полупроводниковые приборы позволяют уменьшить размеры (миниатюризировать) и повысить сроки надежной работы аппаратуры.

Миниатюризация электронной аппаратуры

Развитие электроники характеризуется постоянным увеличением сложности электронных устройств. Сложность электронной аппаратуры возрастает с каждым годом.

В 50е годы прошлого века в устройствах стали применять огромное количество электронных ламп. Выяснилось, что их возможности ограничены: каждая электронная лампа имеет небольшой срок службы, значительные габариты и потребляет при этом большую энергию.

Недостатки электронных ламп при одновременном непрерывном усложнении электронных устройств заставили специалистов разрабатывать электронные приборы с другим принципом действия, которые могли бы заменить по своим функциональным возможностям электронные лампы, ими оказались полупроводниковые приборы,

Применение полупроводниковых приборов в электронике, вычислительной технике, автоматике, энергетике приобрело массовый характер, что определялось их большими достоинствами: высоким к.п.д., долговечностью, надежностью, небольшими габаритами, массой и т.д.

Характерным для современного этапа научнотехнической революции является применение все более сложной, но и более надежной электронной аппаратуры.

Потому одним из главных направлений развития полупроводниковой электроники в последние десятилетия явилась и н т е г р а л ь н а я м и к р о э л е к т р о н и к а. В последние годы широкое развитие получили полупроводниковые интегральные микросхемы.

 Полупроводниковая интегральная микросхема микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные проводники изготовляются в едином технологическом цикле на поверхности или в объеме полупроводникового материала и имеют общую герметичную оболочку.

Важной особенностью микроэлектроники является разработка и внедрение методов предельного уменьшения физических размеров элементов микросхемы: микрорезисторов, диодов, транзисторов. Это приводит к увеличению функциональных возможностей микросхем, повышению их надежности и быстродействия, снижению потребления энергии.

Полевые и биполярные транзисторы, полупроводниковые диоды и резисторы, конденсаторы и прочие электронные приборы и радиодетали часто называют элементами радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), или электрорадиоэлементами, так как они составляют основу функциональных структур, реализующих обусловленные назначением аппаратуры алгоритмы формирования, преобразования, хранения, обработки и воспроизведения сигналов.

В последнее время получила широкое распространение иная технология изготовления функциональных узлов, при которой процессы объединения их в функциональную конструктивно завершению структуру совмещаются. Эта технология получила название и н т е г р а л ь н о й. Функциональные узлы РЭА, изготовляемые методом интегральной тенхнологии, были названы ин е г р а л ь н ы м и м и к р о с х е м а м и (ИС).

Проблема миниатюризации традиционна для радиоэлектроники, но назначение ее непрерывно растет по мере расширения областей применения РЭА, усложнения радиооборудования и повышения ответственности выполняемых им функций.

Появление ИС это фактически создание новой, более совершенной элементной базы РЭА. Интегральная технология изменила представление об оптимальних функциональных структурах радиоэлектронных устройств и их функциональном базисе. Произошло формирование специальной отрасли электроники, разрабатывающей проблемы конструирования и производства электронных изделий на базе интегральной технологии. Эта отрасль получила название микроэлектроники.

Микросхемы повышенного уровня интеграции

 По числу содержащихся в корпусе микросхем элементов различают шесть степеней интеграции. Они:

 первая степень интеграции  ;

 вторая степень интеграции ;

 третья степень интеграции ;

четвертая степень интеграции ;

  пятая степень интеграции ;

 шестая степень интеграции  элементов.

 Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов, принято называть микросхемами повышенного уровня интеграции. Микросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравнению с микросхемами малого уровня интеграции значительно лучшие габаритные характеристики, меньшую стоимость в расчете на один функциональный элемент, а также ряд других преимуществ, благодаря которым удается существенно улучшить основные техникоэкономические характеристики аппаратуры.

 Вместе с отмеченными достоинствами микросхемы повышенного уровня интеграции имеют целый ряд особенностей, которые осложняют их разработку, изготовление и применение.

 Повышение степени интеграции в большинстве случаев приводит к увеличению сложности функций, выполняемых микросхемой. С одной стороны это положительный фактор, так как при использовании более сложных микросхем упрощается проектирование и изготовление аппаратуры. В то же время стоимость аппаратуры может возрасти.

 При повышении плотности упаковки усиливается электромагнитная связь между элементами за счет близкого расположения межсоединений и самих элементов, что приводит к понижению помехоустойчивости микросхем. Появляются значительные трудности при изготовлении малых по размерам корпусов с большим количеством выводов. Что существенно сдерживает увеличение степени интеграции. Полупроводниковые микросхемы повышенной степени интеграции изготавливают главным образом на основе МДПтранзисторов. Это объясняется их преимуществами перед микросхемами на биполярных транзисторах: второе меньшим числом технологических операций и на порядок большей плотностью размещения элементов на подложке.

 Однако по быстродействию они уступают микросхемам на биполярных транзисторах. Поэтому основную область их применения составляет аппаратура сравнительно невысокого быстродействия.

 По технологи изготовления различают полупроводниковые и гибридные интегральные микросхемы.

  Полупроводниковая микросхема это интегральная микросхема все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

  Гибридная интегральная микросхема интегральная микросхема, пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики, ситалла или сапфира, а активные элементы бескорпусные полупроводниковые приборы. Гибридные интегральные микросхемы перспективны для устройств с небольшим количеством элементов, в которых может быть обеспечена высокая точность параметров.

Выпрямительный полупроводниковый диод Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним  переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода. Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно.

Функциональная классификация интегральных микросхем Практические возможности интегральной технологии в настоящее время таковы, что большинство маломощных функциональных узлов РЭА может быть реализовано в виде микросхем. Однако промышленное производство микросхем определенного типа целесообразно лишь тогда, когда данный тип находит массовое применение в РЭА.

Диффузионные и дрейфовые явления в полупроводниках В полупроводниках если длина свободного пробега электрона или дырки значительно меньше толщины барьера, т.е. электрон или дырка испытывает в процессе перехода много столкновений с решеткой, то применяют для вычисления тока через потенциальный барьер диффузионную теорию. Она справедлива для полупроводников с малой концентрацией носителей заряда и малой длиной свободного пробега, например для закиси меди, селена и др.

Потенциальный барьер при  переходе

Пробои  перехода В зависимости от удельного сопротивления полупроводника, типа  – перехода, формы и величины приложенного напряжения, окружающей температуры и условий теплоотвода, состояния поверхности и других факторов физическая природа пробоя может быть различной

Полупроводниковые транзисторы Типы транзисторов Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с электронно дырочными переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов.

Варикап – полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости  – перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов

 Полевым транзистором называют электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и стоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя (или более) переходами, вольтамперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения.

Электронные усилители Параметры усилителей Электронным усилителем называют устройство, в котором входной сигнал напряжения или тока используется для управления током (а следовательно, и мощностью), поступающим от источника питания в нагрузку

Принципы действия усилителей

Условие для усилителя, усиления сигналов без искажением их формы

Двухтактный усилитель мощности Двухтактные схемы выходных каскадов с применением транзисторов

Эмиттерный повторитель Между усилителями надо включать каскады передачи сигнала, которые обладают большим входным сопротивлением.

Генерирование электрических колебаний Принципы построения генераторов

Усилители постоянного тока и дифференциальные усилители

Обратные связи в усилителях это подача части выходного сигнала на вход усилителя; напряжение обратной связи может зависеть или от выходного напряжения , или от тока в нагрузке или от выходного напряжения и тока в нагрузке вместе

Мультивибратор состоит из двух усилителей, причем выходное напряжение левого усилителя снимается с коллектора транзистора VTl и передается на вход правого усилителя, а выходное напряжение этого усилителя снимается с коллектора VТ2 и подается на вход левого усилителя (на участок базаэмиттер транзистора VTl).

Транзисторные автогенераторы гармонических колебаний  генераторы с индуктивной связью Рассмотрим две схемы транзисторных автогенераторов гармонических колебаний томсоновского типа с резонансными контурами. Резонансная частота контура определяет частоту колебаний автогенератора.

Импульсные и цифровые устройства. Общая характеристика импульсных устройств. 

генераторы гармонических сигналов

Особенности генераторов сверхвысоких частот Начиная с диапазона метровых волн и на более коротких волнах, в работе генераторов начинают появляться особенности, которые приводят к необходимости изменения конструкций как ламп, так и колебательных систем.

Диодные ключи Простейший тип электронных ключей диодные ключи. В качестве активных элементов в них используют полупроводниковые или электровакуумные диоды.

Электронные ключи используемые для формирования импульсов, а также в качестве ограничителей амплитуды импульса

Общие характеристики триггеров Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала.

  Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой (дискретной) обработки информации вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией, а запоминающие элементы служат для ее хранения.

Логические элементы И НЕ

 Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в какомлибо коде.

Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5

Дешифраторы и шифраторы Дешифратором (декодером) называют устройство, предназначенное для распознавания различных кодовых комбинаций (слов). Каждому слову на входе дешифратора соответствует «1» на одном из его выходов.

Цифро – аналоговые и аналого – цифровые преобразователи Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня.

Компараторы и триггеры Шмитта

Мультивибраторы Для получения прямоугольных импульсов широко используют устройства, называемые релаксационными генераторами (релаксаторами). Релаксаторы, как и триггеры, относятся к классу спусковых устройств и основаны на применении усилителей с положительной обратной связью или электронных приборов с отрицательным сопротивлением, например, туннельных диодов или транзисторов.

  Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени, т.е. сигналов, эквивалентная частота которых приближается к нулю. Поэтому УПТ должны обладать амплитудночастотной характеристикой.

Машиностроительное черчение, начертательная геометрия, инженерная графика