Цифровая схемотехника. Полупроводники

Полупроводники
Модель атома
Уровень
Уровень
http://e-science.ru/physics/theory/?t=4
Si
Твердое тело. Энергетические зоны.
1 атом
2 атома
Твердое тело

Полупроводники
Твердое тело. Энергетические зоны.
Валентная зона
Зона проводимости
Диэлектрики
Полупроводники
Проводники
Для кремния

Полупроводники
Валентная зона
Направленное движение зарядов (проводимость) невозможно

Полупроводники
Валентная зона
Направленное движение зарядов (проводимость) возможно как в зоне проводимости, так и в валентной зоне
Зона проводимости
Электроны
n
«Дырки»
p
Количество электронов = количеству дырок в чистом полупроводнике

Полупроводники

Полупроводники
Дырки
+
-

Полупроводники
Дырки
Кремний
+
-

Полупроводники
Примесная проводимость
Донорная примесь
Кремний (4) + немного мышьяка (5)
Полупроводник n - типа
Акцепторная примесь
Кремний (4) + немного индия (3)
Полупроводник p - типа
Проводимость при низких температурах возможна

Электронное облако
Нагрев от солнца
Почему электроны бегают по металлу и не убегают в космос?

Электронное облако
Плотность электронного облака спадает экспоненциально с ростом расстояния от поверхности

Электронное облако
Динамическое электронное облако
Нагрев от солнца
+
-
Термоэлектронная эмиссия
Внешний фотоэффект

p-n переход
Электрически нейтральный кусок полупроводника
Электрически нейтральный кусок полупроводника
Depletion
zone

p-n переход
Более точно
Основные носители
Неосновные носители.
Их мало.
(Собственная проводимость)
Количество неосновных носителей экспоненциально растет с ростом температуры

Полупроводниковый диод
Обратное смещение
Ток неосновных носителей
(для кремния ~ 10-10 А)

Варикап
Обратное смещение диода
Varicap. Varactor.
полупроводник
полупроводник
Диэлектрик

Стабиллитрон
Обратное смещение диода
Пробой.
Практически вертикальная линия.
V=25÷35V
Vs=22V=const

Фотодиод
Обратное смещение диода
Внутренний фотоэффект

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода

Диод
Прямое смещение диода
Тепловое движение сглаживает кривую

Диод
Формула Шокли
Shockley
При 300К
Вольт-Амперная характеристика
Формула описывает прямую и обратную ветви V-I характеристики за исключением области обратного пробоя.

Диод
Упрощенная модель для практического использования
Vd=const для конкретного p-n перехода
Для кремниевых диодов Vd≈0,6 В

Диод
Практическое использование упрощенной модели
ε

Диод
Практическое использование упрощенной модели
Поиск неисправностей
Анод
Катод
V
-
+
V=5 В
У исправного диода не может быть прямого падения напряжения в 5 Вольт!
Вывод: диод неисправен.

Диод
Практическое использование упрощенной модели
Выпрямитель

Диод. Рассеиваемая мощность.
Прямое смещение
Si

Светодиод. LED.
Light-Emitting Diode
GaAsP

Светодиод. LED.
Light-Emitting Diode
I Номинальный ток через диод
Vd Прямое напряжение на светодиоде

Светодиод. LED.
Light-Emitting Diode