Фотодиодтар. Жұмысы. Көрсеткіштері. Сипаттамалары. Таңбалануы.

Фотодиод – жұмыс істеуі бекітуші қабаттағы фотоэффектіге негізделген фотоэлектрондық аспап, p-n өткелде жарық ағынының әсерінен ЭҚК пайда болады.Құрылымы қарапайым p-n өткелдегідей. Германий немесе кремнийден жасалады, көбінесе кремнийден, өйткені оның түрлендіру еселігі жоғары.Жарықпен екі бағытта әсер етуге болады:а) p-n өткелге параллель, бірақ бұл жағдайда барлық процестер бетіндегі кішігірім облыста жүреді;б) p-n өткелге перпендикуляр, облыстардың бірі сәулелерге арналып мөлдір етіп жасалады.Фотодиодтар екі түрлі жұмыс әлпінде пайдаланылады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және сыртқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде.Фотодиод, қарапайым диод секілді, бір р-п өтпесінен тұрады. Бірақ түйістің ауданы басқа диодтарға қарағанда әлдеқайда үлкен болады, өйткені сәуле осы ауданға перпендикуляр түсуі керек. р-п өтпесіне түскен сәуле фотондары қоздыратын валенттік электрондар өткізгіштік аймаққа өтеді. Осының салдарынан екі шала өткізгіште де заряд тасушы қос бөлшектердің (электрондар мен кемтіктердің) саны көбейеді.

Шалаөткізгіштердің өткізгіштігі. Олардың аймақтық теория бойынша құрылымы. Ферми деңгейі.

Шала өткізгіштер – қалыпты температурадағы меншікті электр кедергісі  = 10^-3  10⁹ Ом∙см болатын заттар, өткізгіштерде бұл сипаттама   10^-3  10^-6 Ом∙см арасында, ал диэлектриктерде   10⁹10¹⁸ Ом∙см.Шала өткізгіштерге элементтердің периодтық кестесінің төртінші тобындағы элементтер, интерметалдық қоспалар, тотықтар, сульфидтер, карбидтер жатады.Шала өткізгіштердің металлдардан негізгі айырмашылықтары:а) таза шала өткізгіштердің электр кедергісі температураға тәуелдігі жоғары болып келеді. Олардағы кедергінің температуралық еселігі КТЕ = − (56) % / ºС, металдарда КТЕ = (0,4  0,6) % / ºС;б) шала өткізгішке қоспа қосылса оның меншікті кедергісі азаяды. Мысалы, германийге 10^-5 % мышьякты қосу оның кедергісін 200 есе азайтады, ал қорытпалардың кедергісі қорытпа құрамына кіретін жеке металлдардың кедергісінен әрқашан үлкен болады. Т=0 К кезінде электрондары жоқ рұқсат етілген аймақ бос деп аталады. Қозу кезінде электрондар бар болатын бос аймақ өткізгіштік аймағы деп аталады.Шала өткізгіште әдетте валенттік және өткізгіштік аймақ арасындағы рұқсат етілмеген аймақ қарастырылады. Рұқсат етілмеген аймақтың ені Е_З төмен деңгей немесе өткізгіштік аймақтың түбі Е_Т мен жоғарғы деңгей немесе валенттік аймақ төбесі Е_В арасындағы айырмаға тең Е_З = Е_Т - Е_В. Рұқсат етілмеген аймақтың ені Е_З қатты дененің электрлік қасиеттерін анықтайтын негізгі параметр болып табылады. Ферми тарату функциясы Т *-ға тең температурада Е энергетикалық деңгейдің электронмен толықтық ықтималдығы Ферми-Дирак тарату функциясымен анықталады f_n (E) = 1 / {exp[(E-E_f) / kT ]+ 1}, мұндағы k = 1,38∙10^-23 Дж/К – Больцман тұрақтысы, Е_f – Ферми деңгейі, бұл деңгейде электронның бар болу ықтималдығы Т0 күйде 0,5-ке тең. Таза шала өткізгіште Ферми деңгейі рұқсат етілмеген аймақтың орта шенінде орналасады және өткізгіштік аймағындағы электрондардың таралуы Ферми функциясының «құйырығымен» сипатталады және Е-Е_f  3кТ болғанда, жоғарыдағы теңдеудің бөліміндегі бірді экспонентамен салыстырғанда ескермеуге болады.

Біртактлі каскадтар. Жүктемелік сипаттамаларды сызу. Қисытық бұзылыстарды анықтау

Билет

1. Биполярлық транзистордың компьтерлiк Эберс-Молл моделi (екi диод түрiндегi эквивалент схемасы).

Биполярлы транзистор дегеніміз шалаөткізгіш монокристалдың ішінде кезектесіп (алмасып) тұратын өткізгіштігі үш аймақ болатын р–п–р– немесе п–р–п құрылым.

Есептеулер үшін оның ішінде өз тәсілдендірілген есептеулер үшін де нақты транзисторды, оның дәріптелген балама тәсілімен ауыстырып, орнына алуға болады.

 

23 Сурет –Эберс–Моллдың математикалық нобайы

Бұл тәсімді транзистор ЭӨ мен ЭК-ларды еліктетілетін (имитациялайтын) екшалаөткізгіш ретінде және оларға қатарлас қосылған І₂ мен І₁ тоқ көздерімен беріліп отыр. Бұл тоқкөздері нақты транзисторлардағы өткелдердің өзара әрекеттесуін (байланысын) ескеруге мүмкіндік береді. Бұл балама (парапарлық) тәсімде базаның кедергісін елемеуге және ЭӨ мен КӨ өткелдерінде кернеу өзгергенде база арқылы заряд тасушылардың өту шарттары өзгермейді деп алуға келісілген. Мұндай жеңілдіктер І_э, І_к және І_б транзистор тоқтарының эмиттерлік Uэб мен коллекторлық U_кб кернеулерімен байланысын беретін өрнектерді оңай табуға мүмкіндік береді. Еске салайық, егер ЭӨ тік бағытта ығысқан болса және ол арқылы І₁- ток өтіп жатса, онда база ішіндегі заряд тасушылардың белгілі бір бөлігінің жойылу (рекомбинациялану) себебінен КӨ-нің ішіндегі ток кеміген болады. Бұл жағдай балама тәсімде І₁- ток генераторымен ескерілген. Осыған ұқсас терістеп (инверсті) қосқан жағдайда эмиттер ролін атқаратын өткелден берілуі де генераторымен ескерілген.

2. Аналотық электрондық құрылғылардың анықтамасы. Олардың құрастырылу принциптері, iстеу ерекшелiктерi және қолданылу аймағы.

Билет

1. Талшықтық сәулежолдарды пайдаланып информацияны тарату. Талшықтық сәулежолдар құрылысы және түрлерi.

 

2. p-n-p – типтi биполярлық транзистордың жұмыс iстеу приципi. Транзистор арқылы өтетiн токтар.

 

Транзисторлық құрылымдағы физикалық процестер эмиттерлік және коллекторлық өткелдердің күйімен анықталады. Біздің жалғыз p-n өткел үшін жасаған тұжырымдарымыз транзистордың әрбір p-n өткелі үшін күшін сақтайды. Тепе-теңдік күйде әрбір p-n өткел арқылы ағатын, электрондар мен кемтіктердің арасындағы динамикалық тепе-теңдік байқалады және қорытынды токтар нөлге тең. Қалыпты активті режимде транзистор электродтарына Е _ЭБ жәнеЕ_КБ кернеулерін бергенде, 5.3-суретте көрсетілгендей, эмит­терлік өткел тура, ал коллекторлық өткел кері бағытта ығысады. Потенциалдық тосқауылдың төмендеуі нәтижесінде электрондар эмиттер облысынан эмиттерлік өткел арқылы база облысына (электрондар инжекциясы), ал кемтіктер – базадан эмиттер облысына сіңеді. Бірақ, базаның меншікті кедергісі жоғары болғандықтан, заряд тасушылардың электрондық ағыны кемтіктікінен басым болады да, базада электрондардың үлесі көбейеді. ЭӨ-дегі толық токтың құрамын мөлшерлеу үшін эмиттерлік инжекция немесе тиімділік еселігі пайдаланылады

γ_э = I_эө/ (I_эө+I_эө) = I_эө/I_э,

мұндағы I_эр және I_эn – эмиттерлік өткел тогының кемтіктік және электрондық құраушылары;

I_э – өткелдің толық тогы.

мәні аралығында болады.

Коллекторлық өткел кері бағытта ығысады, сондықтан электрондардың базадан коллекторға шығуы күшейеді де, базада коллектормен шекарада электрондардың үлесі азаяды.

 

3. Дифференциалды күшейту каскады. Оның негізгі қасиеттері және есептелу ерекшеліктері.

4. Дифференциалды күшейткіштің жұмыс жасау режимі.

5.

6. Дифференциалды күшейткіш (1.1 суретті қара) дифференциалды сигналдар деп аталатын әр түрлі кіріс сигналдарды күшейтеді. Оны биполярлы және униполярлы транзисторларда құруға болады. Ол өз алдына параллелді-тең каскад немесе теңгерілген көпірді білдіреді.

7.

8. Тұрақты токтың ортақ R_э эмиттерлі кедергісінің екі күшейткіші арқылы салынады. R_к1 = R_к2 коллекторлық жүктемелер. Ұқсас VT₁ және VT₂ транзисторлары R_к1 және R_к2 резисторларымен бірге көпір иығын құрайды, оның бір диагоналіне Е_к қайнар көзі, екінші жағына – R_н жүктемесі кіреді.

9. Каскад қорегі екі E_к = E_э қайнар көзінен жүзеге асады, яғни қоректің
сомалық күшейткіші.

10. арқылы ортақ нүктеге қатысты VT₁ және VT₂ эмиттерлер потенциалы қысқарады, сонымен қатар потенциалдар келісуіне қажеттілік етпейді.

11. Дискреттік транзисторларда абсолюттік симметрияны алу қиын, сондықтан сапалы ДК интегралдық микросхемаларда құралады.

12.

13. ДК жұмысының мүмкін болатын режимдерін қарастырайық:

14. а) тыныштық режимі. ДК-тің екі кірісі де жерленген, яғни

15. .

16. Эмиттер-базасының кернеу тыныштығы минус U_э тең. Өз кезегінде эмиттердегі кернеу болады.

17. Демек, базада кернеу болады.

18. Транзистордың екеуі де ашық, активті режимде жұмыс жасауда. Тыныштық тогы ағуда. Олар R_к1 және R_к2 -де бірдей

19. кернеу түсуін қадағалайды.

20. Демек, . U_шығ R_н –дан алынады.

21.
.

22. Эмиттерлер тогы I_э1= I_э2; I_э = I_э1+ I_э2.

 

Билет №19

1. Биполяр транзистор. Жұмысы, вольтамперлік сипаттамасы, таңбалануы.

2.

3. Биполярлы транзистор дегеніміз шалаөткізгіш монокристалдың ішінде кезектесіп (алмасып) тұратын өткізгіштігі үш аймақ болатын р–п–р– немесе п–р–п құрылым. (19-а, Суретті қара).

4.

5.

6. 19 Сурет – Биполярлық транзистордың құрылысы а)

7. Ортасындағы аймақты “Б”база деп, ал шеткі аймақтарды “Э” эмиттер және “К” коллектор деп атайды. Эмиттер, коллектор және база аймақтары транзисторды электр тізбегіне қосуға мүмкіндік беретін шықпалармен жабдықталған (қамдалған).

8. Эмиттер мен база құратын өткелді эмиттерлік (ЭӨ) өткел деп, ал коллектор мен база құратын өткелді коллекторлық (КӨ) деп атайды. Транзистор өткелдерінің әрқайсысына тік немесе кері ығысу беріле алады. ЭӨ-ге тік ығысу түскенде эмиттер ішінен базаға оған негізгі болмайтын тасымалдаушылар (тасушылар) инжекцияланады, ал КӨ-ге кері кернеу түсіп тұрғанда база аймағы арқылы өтіп келіп тұрған тасушылардың экстракциясы жүреді. БТ- де эмиттердің ішіндегі қоспалардың үйірленуі (концентрациясы) базаның ішіндегісінен бірнеше рет (порядок) жоғары болады, яғни ЭӨ- біржақты. Коллектордың ішіндегі қоспалардың үйірленуі эмиттердегідей (балқытылумен әзірленген транзистор) немесе шамамен алғанда базадағыдай (планарлық транзистор) болуы мүмкін. Әдетте транзисторда КӨ-нің ауданы ЭӨ-нің ауданынан үлкен, сондықтан бұл жағдай база ішіне инжекцияланған тасушылардың көбін жинап алуға мүмкіндік береді. База аймағында заряд тасушылардың өту механизміне тәуелді дрейфтік және дрейфсіздік транзисторларды айырып танайды.

 

2. Интегралдық микросхемалардың жасалу технологиясы және интеграция дәрежесi бойынша жiктелуi.Интегралдық микросхема дегеніміз біркелкі технологиялық циклда, бір бүтін көлемде немесе жартылайөткізгіш кішкентай кристалдың үстінде біртұтас жасалған, активті және пассивті элементтерден, оларды қосатын және қосылғыш элементтерден тұратын функционалдық (күшейткіштік, түзеткіштік, генераторлық және тағы басқалары) түйін.Конструктивті – технолнологиялық белгілері бойынша интегралдық микросхемалар жартылайөткізгіштік (монолитті), пленкалық, гибридтік және бір-бірімен сыйысқан ИМС-тар деген кластарға бөлінеді.Жартылайөткізгіштік ИМС-тарда барлық элементтер жартылайөткізгіш технологиялық операция процесінде ортақ жартылайөткізгіш астарлық қабаттың (кремнийдің кристалы) үстінде жасалынады.Бірімен-бірі сыйысқан ИМС-тарды жартылайөткізгіш және пленкалық микросхемалардың технологиясы негізінде жасайды, яғни транзисторлар мен диодтарды жартылайөткізгіштік ИМС-тардікіндей жасап, ал пассивті элементтер мен өзара қосылыстарды пленкалар түрінде астарлық қабаттың үстіне салады. бірімен-бірін изоляциялап схема құру үшін мынандай технологиялық процесстерді қолданады:1) кремнийді тотықтыру 2) фотолитография3) диффузия, 4) эпитаксиальды өсіру; 5) металлизация.ГОСТ 17021-75 бойынша, бір микросхеманың корпусының ішіндегі элементтердің санына байланысты алты дәрежелі интеграция бар: бірінші дәрежелі – 1-ден 10-ға дейін,екінші дәрежелі - 10-нан 10 –ге дейін,

3. Аналогты сигналдар қосуыштары. Интеграторлар және дифференциаторлар. Сигналдарды түрлендірулердің барлық мүмкіндіктерін келесілерге бөліп жоктеуге болады: сызықты және сызықты емес аналогты түрлендірулер, дискретті және аналогты – дискретті түрлендірулер деп.Сигналды сызықты және сызықты емес аналогты түрлендірулерге сонымен қатар сигналдық физикалық тасмалдаушысын (дыбысты, электртоғын, жарықты және т.т.) да өзгерткенде сигнал шамасы және уақыт бойынша өзгеруінің үздіксіздігі сақталады.Дискретті түрлендірулерде сигналдың өзгеруі келесідей болуы мүмкін: шамасы бойынша ғана дискретті өзгеруі (бұл жағдайда уақытқа қатысты өзгеруі үздіксіз); уақыт бойынша ғана дискретті өзгеруі (бұл жағдайда сигнал шамасының өзгеруі үздіксіз); шамасы және уақыт бойынша бір мезетте (бірге, бір кезде) дискретті өзгеруі мүмкінДискретті – аналогты түрлендірулерді дискретті сигналды үздіксіз аналогты тұрпатына, яғни формасына айналдырғанда пайдаланады. Электрондық жүйе әдетте түрлі келесі элементтерді (R,L,C (орауыштар), транзисторлар, ИМС-тер және т.б.) бір-біріне жалғап (қосып), іске асырылады. Жеке элементтер түрлендіріліп отырған сигналмен тапсырылған (берілген) операцияларды орындайтын функцияналдық түйіндерге біріктіріледі.Келесіні ескерген жөн! Нақты функционалдық түйіндердің сипаттамаларын алсақ, тәжірибе жүзінде бірде-бір операция қатаң орындалмайды. Демек, шығыстағы түрлендірілген сигнал тапсырылған операциялардың орындау нәтижесін ғана бермейді. Электрондық жүйенің шығысындағы сигнал өзінің құрылымында жеке функционалдық түйіндердің нақты түрлендіруші қасиеттерін береді.

Билет №20

1. Диод. Жұмысы, көрсеткіштері, сипаттамалары, таңбалануы.

диод – бұл екі шықпасы бар және жұмыс істеу принципі р-n өткелдің қасиеттерін пайдалануға негізделген шала өткізгішті аспап (бірақ р-n өткелді пайдаланбайтын да диодтар бар).

Диодтардың қолдануы және белгіленулері - Түзеткіш диод- p-n - өткеліне кілт болып табылады. Бұл кілт оған түсірілген кернеумен басқарылады. Тура кернеу кілтті тұйықтайды, кері кернеу – ажыратады. Бірақ бұл екі жағдайда да бұл кілт идеал емес. Тура кернеуді түсіргенде ашық диодта U_тура кернеуінің құламасы болатындықтан жүктемелік құрылғыдан алынатын түзетілген кернеу, кіріс кернеуінен бір шама төменірек.

- импульстік диод – ШӨ- диод көбінесе импульстік режімдерде жұмыс істеу үшін арналған. Бұл диодтардың өтпелі процесстері өте қысқа, яғни диодқа түсірілген ток немесе кернеу импульсінің полярлығын өзгергенде (айырып - қосқанда) өтпелі процестер тез өтеді. Импульстік ШӨ- диод жұмыс істегенде ВАС-тың тура және кері тармақтарын пайдаланады.

 

2. Дрейфтік биполяр транзистор. Құрылысы, жұмысы, шектiк жиiлiгi.

База аймағында заряд тасушылардың өту механизміне тәуелді дрейфтік және дрейфсіздік транзисторларды айырып танайды.

Дрейфсіздік транзисторларда базалық аймақ арқылы негізгі емес заряд тасушылардың тасымалдануы диффузиямен байланысты. Дрейфтік транзисторларда қоспаларды арнайы үлестіру жолымен база аймағында ішкі электр өрісі тудырылып, негізгі емес заряд тасушылардың база арқылы тасымалдануы әрі дрейф арқылы (көмегімен), әрі диффузия көмегімен іске асырылады. Қазіргі транзисторлардың көбі дрейфтік. Бірақ жұмыс істеу қағидаларын түсіндіруді оңайлату (жеңілдету) үшін біз дрейфсіздік транзисторларды қарастырамыз.

 

3. Күшейтілген сигналдардың түріне қарай күшейткіштерді екі топқа бөліңіз

 

Билет