1.2.4 Задание на моделирование

1. Изучить принцип работы диода и однополупериодного выпрямителя.

2. Воспроизвести примеры моделирования, приведенные выше, и объяснить результаты.

3. Исследовать влияние теплового тока IS и объемного сопротивления базы RS на форму ВАХ диода.

1.3 Требования к отчету и его содержание

Отчет выполняется на листах формата А4 и должен содержать:

- титульный лист, на котором указываются:

сверху:

Министерство сельского хозяйства РФ

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра ТОЭ

в центре:

Название отчета

(Отчет по лабораторной работе № (номер работы)

по дисциплине Электроника)

в центре справа:

Выполнил студент гр. (номер группы)

(ФИО студента)

Принял (ФИО преподавателя)

внизу:

Город, год

- на последующих листах – цель работы и ее описание по пунктам; каждый пункт должен содержать название, исследуемую схему в редакторе программы Micro-Cap, ограничения анализа, результаты моделирования схемы, выводы.

1.4 Контрольные вопросы

1. Из каких компонентов складывается уравнение плотности тока в полупроводнике? Какие полупроводниковые приборы называют диффузионными и дрейфовыми?

2. Что такое симметричный и несимметричный p-n-переходы? Объясните термины «база» и «эмиттер» перехода.

3. О каком равновесии идет речь, когда рассматривают равновесное и неравновесное состояния перехода?

4. Какой характер (диффузионный или дрейфовый) имеют прямой и обратный токи p-n-перехода? Какие носители обеспечивают прямой и обратный токи?

5. Запишите теоретическое выражение и нарисуйте график ВАХ диода. Объясните причины несоответствия теоретической ВАХ экспериментальной при обратном смещении диода.

6. Перечислите и поясните параметры диода.

7. Нарисуйте схему и поясните работу однополупериодного выпрямителя.

Работа 2

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Цель работы: изучение принципа работы, характеристик и параметров биполярного транзистора.

2.1 Теоретические сведения

2.1.1 Общие сведения о биполярных транзисторах

Биполярный транзистор (БТ) – это полупроводниковый прибор с двумя встречно включенными и взаимодействующими p-n-переходами, предназначенный для усиления мощности электрических сигналов.

Существуют две структуры БТ – n-p-n и p-n-p. Соответствующие им последовательность расположения областей кристалла, электрические эквивалентные схемы и обозначения БТ на электрических принципиальных схемах показаны в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Структуры биполярного транзистора

Структуры БТ	n-p-n	p-n-p
Расположение областей кристалла
Электрические эквивалентные схемы
Обозначения БТ на схемах

БТ имеет три электрических вывода – эмиттер Э, база Б и коллектор К. Главное требование к геометрии состоит в обеспечении малой толщины базовой области W – меньше 10 мкм. В противном случае взаимодействие переходов на уровне электронного облака не происходит, и усилительные свойства не проявляются.

Различают две базовые конструкции и соответствующие им технологии изготовления БТ.

Сплавной БТ показан на рис. 2.1, а. В толще кристалла германия с двух сторон путем вплавления индия сформированы две области p-типа – эмиттера и коллектора. Между ними располагается база, проводимость n-типа которой определяется исходной проводимостью кристалла германия. К зонам вплавления индия припаяны металлические проводники, которые образуют выводы эмиттера и коллектора. Электрическим выводом базы является нижняя (торцевая) поверхность кристалла.

а)	б)
Рисунок 2.1 – Конструкции сплавного биполярного транзистора

Вариант корпусирования БТ показан на рис. 2.1, б. Торцевой поверхностью кристалл устанавливается на основание из сплава меди и припаивается к нему. Через отверстия в основании введены изолированные от него два вывода – эмиттера и коллектора. Соответствующие выводы кристалла припаиваются к ним тонкими проводниками. Конструкция защищается крышкой, которая крепится к основанию сваркой по контуру. Как видно из рисунка, база транзистора электрически соединена с корпусом. Это является характерной особенностью сплавного БТ.

а)	б)
Рисунок 2.2 – Конструкции планарного биполярного транзистора

Планарный БТ принципиально отличается способом формирования областей с разным типом проводимости. Используется локальная ионная имплантация донорных и акцепторных примесей в кристалл. Процесс осуществляется последовательно во времени. В результате в кристалле формируются вложенные друг в друга «карманы» с разным типом проводимости.

На рис. 2.2, а показан вариант БТ, используемого как одиночный прибор.

В кристалл кремния n-типа последовательно введены акцепторная и донорная примеси. Выводы базы и эмиттера расположены с одной стороны, выводом коллектора является нижняя плоскость базового кристалла. Корпусирование кристалла осуществляется таким же образом, как у сплавного БТ. При этом кристалл устанавливается на плоскость, что обеспечивает лучший теплоотвод к корпусу и позволяет изготавливать более мощные БТ. Коллектор планарного БТ электрически соединен с корпусом.

На рис. 2.2, б показан вариант БТ, используемого в интегральных схемах (микросхемах). Отличительная особенность состоит в том, что коллекторная область в нем сформирована в виде кармана n-типа в теле базового кристалла кремния с проводимостью p-типа. За счет этого БТ располагается в приповерхностном слое кристалла на глубине не более 50 мкм, а все его выводы БТ расположены с одной стороны. По этой причине БТ называют планарным (плоским).

В кристалле микросхемы обычно присутствует несколько БТ, поэтому возникает задача электрической изоляции их друг от друга и от других компонентов схемы. Изоляция осуществляется с помощью закрытых (обратно смещенных) переходов «коллектор-базовый кристалл». Для этого базовый кристалл, который называют подложкой, выводом П подключают к самому отрицательному потенциалу в схеме – как правило, к общему проводу.

Достоинствами планарных БТ в сравнении со сплавными являются:

- более высокая точность воспроизведения толщины базы W и возможность изготовления транзисторов с базой супермалых толщин, что обеспечивает меньший разброс усилительных свойств и лучшее их проявление;

- за счет лучшего отвода тепла от кристалла обеспечивается возможность рассеяния большей электрической мощности;

- конструкция планарных БТ адаптирована для использования в интегральных схемах.

БТ n-p-n типа работают на электронах, а p-n-p типа – на дырках. При этом n-p-n транзисторы применяются значительно чаще, так как подвижность электронов выше, что обеспечивает потенциально более высокое их быстродействие.