Un diodo semiconductor es un dispositivo electrónico no lineal con dos terminales. Dependiendo de la estructura interna, el tipo, la cantidad y el nivel de dopaje de los elementos internos del diodo y la característica corriente-voltaje, las propiedades de los diodos semiconductores son diferentes.

Diodo rectificador basado en unión p-n El diodo rectificador se basa en una unión electrón-hueco convencional, la característica corriente-voltaje de dicho diodo tiene una no linealidad pronunciada. En polarización directa, la corriente del diodo es de inyección, de gran magnitud y representa el componente de difusión de la corriente de los portadores mayoritarios. Con polarización inversa, la corriente del diodo es de pequeña magnitud y representa el componente de deriva de la corriente portadora minoritaria. En un estado de equilibrio, la corriente total debida a las corrientes de difusión y deriva de electrones y huecos es igual a cero. Higo. Parámetros del diodo semiconductor: a) característica corriente-voltaje; b) el diseño del caso CVC se describe mediante la ecuación

Rectificación en un diodo Una de las principales propiedades de un diodo semiconductor basado en una unión p-n es una marcada asimetría de la característica corriente-voltaje: alta conductividad con polarización directa y baja con polarización inversa. Esta propiedad de diodo se utiliza en diodos rectificadores. La figura muestra un diagrama que ilustra la rectificación de una corriente alterna en un diodo. - El coeficiente de rectificación de un diodo ideal basado en una unión p-n.

Resistencia característica Hay dos tipos de resistencia característica de diodos: resistencia diferencial rD y resistencia DC RD. La resistencia diferencial se define como resistencia DC En la sección directa de la característica corriente-voltaje, la resistencia DC es mayor que la resistencia diferencial RD\u003e rD, y en la sección de retorno es menor que RD rD, y en la sección inversa es menos que RD

Diodos Zener Un diodo Zener es un diodo semiconductor, cuya característica de voltio-amperio tiene una región de fuerte dependencia de la corriente con el voltaje en la sección inversa de la característica de voltio-amperio. La característica corriente-voltaje del diodo Zener tiene la forma que se muestra en la figura: cuando se alcanza el voltaje a través del diodo Zener, llamado voltaje de estabilización Ustab, la corriente a través del diodo Zener aumenta bruscamente. La resistencia diferencial Rdif de un diodo Zener ideal en esta sección de la característica I - V tiende a 0, en dispositivos reales el valor de Rdif es: Rdif 2 50 Ohm.

El propósito principal del diodo Zener es estabilizar el voltaje a través de la carga, con un voltaje cambiante en el circuito externo. En este sentido, en serie con el diodo zener, se incluye una resistencia de carga, amortiguando el cambio en la tensión externa. Por lo tanto, el diodo Zener también se denomina diodo de referencia. El voltaje de estabilización Ustab depende del mecanismo físico, lo que provoca una fuerte dependencia de la corriente con el voltaje. Hay dos mecanismos físicos responsables de esta dependencia de la corriente con respecto al voltaje: la avalancha y la ruptura del túnel de la unión p n. Para los diodos Zener con un mecanismo de ruptura de túnel, el voltaje de estabilización Ustab es pequeño y es inferior a 5 voltios: Ustab 8 V.

Varicaps Varikap es un diodo semiconductor, cuyo funcionamiento se basa en la dependencia de la capacitancia de barrera de la unión p-n del voltaje inverso. Los varicaps se utilizan como elementos con capacitancia controlada eléctricamente en circuitos para sintonizar la frecuencia de un circuito oscilatorio, división y multiplicación de frecuencia, modulación de frecuencia, desfasadores controlados, etc. En ausencia de voltaje externo en la unión pn, existe una barrera de potencial y un campo eléctrico interno. Si se aplica un voltaje inverso al diodo, la altura de esta barrera de potencial aumentará. Un voltaje inverso externo repele los electrones profundamente en la región n, como resultado de lo cual se expande la región de agotamiento de la unión p-n, que se puede representar como un condensador plano simple, en el que los límites de la región sirven como placas. En este caso, de acuerdo con la fórmula para la capacidad de un capacitor plano, con un aumento en la distancia entre las placas (causado por un aumento en el valor de la tensión inversa), la capacidad de la unión pn disminuirá. Esta disminución está limitada solo por el grosor de la base, más allá del cual la transición no puede expandirse. Al alcanzar este mínimo, la capacitancia no cambia con un aumento en el voltaje inverso.

En un semiconductor n +, todos los estados en la banda de conducción hasta el nivel de Fermi están ocupados por electrones, y en un semiconductor p +, por huecos. Diagrama de bandas de la unión p + n + formada por dos semiconductores degenerados: Calculemos el ancho geométrico de la unión p n degenerada. Supondremos que la asimetría de la unión p n se conserva en este caso (p + es la región fuertemente dopada). Entonces el ancho de la transición p + n + es pequeño: estimamos la longitud de onda de Debroille del electrón a partir de relaciones simples:

Por tanto, la anchura geométrica de la unión p + n + resulta comparable a la longitud de onda de De Broglie del electrón. En este caso, se pueden esperar efectos de la mecánica cuántica en la unión p + n + degenerada, una de las cuales está atravesando una barrera potencial. Para una barrera estrecha, la probabilidad de filtración de túnel a través de la barrera es distinta de cero. Un diodo inverso es un diodo túnel sin una sección de resistencia diferencial negativa. La alta no linealidad de la característica corriente-voltaje a bajos voltajes cercanos a cero (del orden de microvoltios) hace posible utilizar este diodo para detectar señales débiles en el rango de microondas. Característica de voltio-amperio de un diodo de germanio invertido a) característica de corriente-voltaje completa; b) sección inversa de la característica I - V a diferentes temperaturas

Rectificadores de diodos Rectificador trifásico de A. N. Larionov en tres medios puentes Los diodos se utilizan ampliamente para convertir la corriente alterna en corriente continua (más precisamente, en una corriente pulsante unidireccional). Un rectificador de diodos o un puente de diodos (es decir, 4 diodos para un circuito monofásico (6 para un circuito trifásico de medio puente o 12 para un circuito trifásico de puente completo), conectados según el circuito) es el componente principal de las fuentes de alimentación para casi todos los dispositivos electrónicos. En los generadores de automóviles se utiliza un rectificador de diodo trifásico según el esquema de A.N. Larionov en tres semipuentes paralelos, que convierte la corriente trifásica alterna del generador en la corriente continua de la red a bordo del vehículo. El uso de un generador de corriente alterna en combinación con un rectificador de diodos en lugar de un generador de corriente continua con una unidad colectora de escobillas hizo posible reducir significativamente el tamaño del generador de automóvil y aumentar su confiabilidad. Los rectificadores de selenio todavía se utilizan en algunos rectificadores. Esto se debe a la peculiaridad de estos rectificadores de que cuando se excede la corriente máxima permitida, el selenio (secciones) se quema, lo que no conduce (en cierta medida) ni a una pérdida de propiedades de rectificación ni a un cortocircuito: ruptura . Los rectificadores de alto voltaje utilizan polos de selenio de alto voltaje de muchos rectificadores de selenio conectados en serie y polos de silicio de alto voltaje de muchos diodos de silicio conectados en serie. Detectores de diodos Los diodos, en combinación con los condensadores, se utilizan para extraer modulación de baja frecuencia de una señal de radio modulada en amplitud u otras señales moduladas. Los detectores de diodo se utilizan en casi todos los dispositivos receptores de radio [fuente no especificada 180 días]: receptores de radio, televisores, etc. Se utiliza la sección cuadrática de la característica corriente-voltaje del diodo. Protección de diodos Los diodos también se utilizan para proteger varios dispositivos de la polaridad incorrecta de encendido, etc. Existe un circuito conocido para la protección de diodos de circuitos de CC con inductancias contra sobretensiones cuando se apaga la energía. El diodo está conectado en paralelo con la bobina para que el diodo esté cerrado en el estado de "trabajo". En este caso, si el ensamblaje se apaga abruptamente, aparecerá una corriente a través del diodo y la corriente disminuirá lentamente (la fem de inducción será igual a la caída de voltaje a través del diodo), y no habrá un fuerte aumento de voltaje, conduciendo a contactos con chispas y semiconductores quemados. Interruptores de diodos Se utilizan para conmutar señales de alta frecuencia. El control se realiza mediante corriente continua, separación de la RF y la señal de control mediante condensadores e inductores. Protección contra chispas de diodos Esto no agota el uso de diodos en electrónica, pero otros circuitos, por regla general, son muy especializados. Los diodos especiales tienen un área de aplicabilidad completamente diferente, por lo que se considerarán en artículos separados.

Presentación sobre el tema: "Diodos semiconductores" Completado por: Barmin R.А. Gelzin I.E. Un diodo semiconductor es un dispositivo electrónico no lineal con dos terminales. Dependiendo de la estructura interna, el tipo, la cantidad y el nivel de dopaje de los elementos internos del diodo y la característica corriente-voltaje, las propiedades de los diodos semiconductores son diferentes. Consideraremos los siguientes tipos de diodos: diodos rectificadores basados \u200b\u200ben unión p-n, diodos Zener, varicaps, diodos de túnel e inversos. J J s (e VG 1) Diodo rectificador basado en la unión p-n El diodo rectificador se basa en una unión electrónica-agujero ordinaria, la característica corriente-voltaje de dicho diodo tiene una no linealidad pronunciada. En polarización directa, la corriente del diodo es de inyección, de gran magnitud y representa el componente de difusión de la corriente de los portadores mayoritarios. Con polarización inversa, la corriente del diodo es de pequeña magnitud y representa el componente de deriva de la corriente portadora minoritaria. En un estado de equilibrio, la corriente total debida a las corrientes de difusión y deriva de electrones y huecos es igual a cero. Higo. Parámetros del diodo semiconductor: a) característica corriente-voltaje; b) el diseño del caso CVC se describe mediante la ecuación JJ s (e VG 1) Rectificación en el diodo Una de las principales propiedades de un diodo semiconductor basado en una unión pn es una fuerte asimetría de la característica corriente-voltaje: alta conductividad con polarización directa y baja con polarización inversa. Esta propiedad de diodo se utiliza en diodos rectificadores. La figura muestra un diagrama que ilustra la rectificación de una corriente alterna en un diodo. - El coeficiente de rectificación de un diodo ideal basado en una unión p-n. Resistencia característica Hay dos tipos de resistencia característica de diodos: resistencia diferencial rD y resistencia DC RD. La resistencia diferencial se define como la resistencia de CC RD U I U I 0 (e U 1)< rD. Стабилитроны Стабилитрон - это полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф составляет значение: Rдиф 250 Ом. Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом. Напряжение стабилизации Uстаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, – лавинный и туннельный пробой p-n перехода. Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации Uстаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: Uстаб < 5 В. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации обычно имеет большие значения и составляет величину более 8 вольт: Uстаб > 8 V. Varikap Un varikap es un diodo semiconductor, cuya operación se basa en la dependencia de la capacitancia de barrera de la unión p-n del voltaje inverso. Los varicaps se utilizan como elementos con capacitancia controlada eléctricamente en circuitos para sintonizar la frecuencia de un circuito oscilatorio, dividir y multiplicar frecuencia, modulación de frecuencia, desfasadores controlados, etc. En ausencia de voltaje externo en la unión pn, existe una barrera de potencial y un campo eléctrico interno. Si se aplica un voltaje inverso al diodo, entonces la altura de esta barrera de potencial aumentará. Un voltaje inverso externo repele los electrones profundamente en la región n, como resultado de lo cual se expande la región de agotamiento de la unión p-n, que se puede representar como un condensador plano simple, en el que los límites de la región sirven como placas. En este caso, de acuerdo con la fórmula para la capacidad de un capacitor plano, con un aumento en la distancia entre las placas (causado por un aumento en el valor de la tensión inversa), la capacidad de la unión pn disminuirá. Esta disminución está limitada solo por el grosor de la base, más allá del cual la transición no puede expandirse. Al alcanzar este mínimo, la capacitancia no cambia con un aumento en el voltaje inverso. Un diodo túnel es un diodo semiconductor basado en una unión p + -n + con regiones muy dopadas, en la sección recta de la característica corriente-voltaje de la cual se observa una dependencia en forma de n de la corriente con respecto al voltaje. En un semiconductor de tipo n +, todos los estados en la banda de conducción hasta el nivel de Fermi están ocupados por electrones, y en un semiconductor de tipo p +, por huecos. Diagrama de bandas de una unión p + -n + formada por dos semiconductores degenerados: Calculemos el ancho geométrico de la unión p-n degenerada. Supondremos que la asimetría de la unión p-n se conserva en este caso (p + es la región fuertemente dopada). Entonces el ancho de la transición p + -n + es pequeño: 2 s 0 2 0 W 2 s 0 E g qN D 2 1 10 qN D 12 1.6 10 19 1 6 ~ 10 cm ~ 100 Å Estimamos la longitud de onda de Debroille de el electrón de relaciones simples: E 2 2 2 2m 2 kT; 2 mkT h 2 1 h 2 mkT 2 9.1 10 31 1, 38 10 6, 3 10 34 23300 ~ 140 Å Por lo tanto, el ancho geométrico de la unión p + -n + resulta ser comparable a la longitud de onda de De Broglie de el electrón. En este caso, se puede esperar la manifestación de los efectos de la mecánica cuántica en la unión p + –n + degenerada, una de las cuales está atravesando una barrera potencial. Para una barrera estrecha, la probabilidad de filtración de túnel a través de la barrera es distinta de cero. Un diodo inverso es un diodo túnel sin una sección de resistencia diferencial negativa. La alta no linealidad de la característica corriente-voltaje a bajos voltajes cercanos a cero (del orden de microvoltios) hace posible utilizar este diodo para detectar señales débiles en el rango de microondas. Característica corriente-voltaje de un diodo de germanio invertido a) característica I - V completa; b) sección inversa de la característica I - V a diferentes temperaturas

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Presentación sobre el tema: Diodo

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Diodo de túnel. El primer trabajo que confirma la realidad de la creación de dispositivos de túnel se dedicó al diodo túnel, también llamado diodo Esaki, y fue publicado por L. Esaki en 1958. Esaki, en el proceso de estudiar la emisión del campo interno en una unión p-n de germanio degenerado, encontró una característica I - V "anómala": la resistencia diferencial en una de las secciones de la característica era negativa. Explicó este efecto utilizando el concepto de túnel mecánico cuántico y al mismo tiempo obtuvo una concordancia aceptable entre los resultados teóricos y experimentales.

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Diodo de túnel. Un diodo túnel es un diodo semiconductor basado en una unión p + -n + con regiones muy dopadas, en la sección recta de la característica corriente-voltaje de la cual se observa una dependencia en forma de n de la corriente con respecto al voltaje. Como se sabe, las bandas de energía de impurezas se forman en semiconductores con una alta concentración de impurezas. En n-semiconductores, dicha banda se superpone con la banda de conducción, y en p-semiconductores, con la banda de valencia. Como resultado, el nivel de Fermi en n-semiconductores con una alta concentración de impurezas se encuentra por encima del nivel Ec, y en p-semiconductores por debajo del nivel Ev. Como resultado, dentro del rango de energía DE \u003d Ev-Ec, cualquier nivel de energía en la banda de conducción de un semiconductor n puede corresponder al mismo nivel de energía detrás de la barrera de potencial, es decir, en la banda de valencia de un p-semiconductor.

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Diodo de túnel. Por tanto, las partículas en nyp semiconductores con estados de energía dentro del intervalo DE están separadas por una estrecha barrera de potencial. En la banda de valencia del semiconductor p y en la banda de conducción del semiconductor n, algunos de los estados de energía en el rango DE son libres. En consecuencia, a través de una barrera de potencial tan estrecha, en ambos lados de los cuales hay niveles de energía desocupados, es posible el movimiento de túnel de las partículas. Al acercarse a la barrera, las partículas experimentan un reflejo y, en la mayoría de los casos, regresan, pero aún existe la probabilidad de detectar una partícula detrás de la barrera; como resultado de la transición del túnel, la densidad de la corriente de túnel es distinta de cero y la densidad de la corriente de tunelización es j t0. Calculemos el ancho geométrico de la unión p-n degenerada. Supondremos que la asimetría de la unión p-n se conserva en este caso (p + es la región fuertemente dopada). Entonces el ancho de la transición p + -n + es pequeño: estimamos la longitud de onda de Debroille del electrón a partir de relaciones simples:

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Diodo de túnel. El ancho geométrico de la unión p + -n + resulta ser comparable a la longitud de onda de De Broglie del electrón. En este caso, se puede esperar la manifestación de los efectos de la mecánica cuántica en la unión p + –n + degenerada, una de las cuales está atravesando una barrera potencial. ¡Con una barrera estrecha, la probabilidad de filtración del túnel a través de la barrera es distinta de cero!

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Diodo de túnel. Corrientes de diodos de túnel. En un estado de equilibrio, la corriente total a través de la unión es cero. Cuando se aplica un voltaje a la unión, los electrones pueden hacer un túnel desde la banda de valencia hasta la banda de conducción o viceversa. Para que la corriente de túnel fluya, se deben cumplir las siguientes condiciones: 1) los estados de energía en el lado de la unión desde el cual se debe llenar el túnel de electrones; 2) en el otro lado de la transición, los estados de energía con la misma energía deben estar vacíos; 3) la altura y el ancho de la barrera potencial deben ser lo suficientemente pequeños para que exista una probabilidad finita de túnel; 4) Debe conservarse el cuasimomento. Túnel diode.swf

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Diodo de túnel. Se utilizan como parámetros las tensiones y corrientes que caracterizan los puntos singulares de la característica IV. La corriente de pico corresponde al máximo de la característica I - V en la región del efecto de túnel. El voltaje Uп corresponde a la corriente Iп. Las corrientes valle Iv y Uv caracterizan la característica I - V en la región del mínimo actual. La tensión de solución Upp corresponde al valor de la corriente Ip en la rama de difusión de la característica. La sección descendente de la dependencia I \u003d f (U) se caracteriza por una resistencia diferencial negativa rÄ \u003d -dU / dI, cuyo valor, con algún error, se puede determinar mediante la fórmula

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Diodos invertidos. Consideremos el caso en el que la energía de Fermi en semiconductores electrónicos y huecos coincide o está a una distancia ± kT / q de la parte inferior de la banda de conducción o la parte superior de la banda de valencia. En este caso, las características de corriente-voltaje de dicho diodo con polarización inversa serán exactamente las mismas que las de un diodo túnel, es decir, con un aumento de la tensión inversa, habrá un rápido aumento de la corriente inversa. . En cuanto a la corriente de polarización directa, el componente de efecto túnel de la característica IV estará completamente ausente debido al hecho de que no hay estados completamente llenos en la banda de conducción. Por lo tanto, con polarización directa en tales diodos hasta voltajes mayores o iguales a la mitad de la banda prohibida, no habrá corriente. Desde el punto de vista de un diodo rectificador, la característica corriente-voltaje de dicho diodo será inversa, es decir, habrá alta conductividad con polarización inversa y pequeña con polarización directa. En este sentido, este tipo de diodos tunelizadores se denominan diodos invertidos. Por tanto, un diodo invertido es un diodo túnel sin una sección de resistencia diferencial negativa. La alta no linealidad de la característica corriente-voltaje a bajos voltajes cercanos a cero (del orden de microvoltios) hace posible utilizar este diodo para detectar señales débiles en el rango de microondas.

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Procesos transitorios. Con cambios rápidos en el voltaje a través de un diodo semiconductor basado en una unión p-n convencional, la corriente a través del diodo correspondiente a la característica corriente-voltaje estática no se establece inmediatamente. El proceso de establecer una corriente durante dicha conmutación se suele denominar proceso transitorio. Los procesos transitorios en diodos semiconductores están asociados con la acumulación de portadores minoritarios en la base del diodo cuando se enciende directamente y su reabsorción en la base con un cambio rápido en la polaridad del voltaje a través del diodo. Dado que no hay un campo eléctrico en la base de un diodo ordinario, el movimiento de los portadores minoritarios en la base está determinado por las leyes de difusión y avanza relativamente lentamente. Como resultado, la cinética de acumulación de portadores en la base y su reabsorción afectan las propiedades dinámicas de los diodos en el modo de conmutación. Considere los cambios en la corriente I cuando el diodo cambia de voltaje directo U a voltaje inverso.

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Procesos transitorios. En el caso estacionario, la magnitud de la corriente en el diodo se describe mediante la ecuación Después de la finalización de los procesos transitorios, la magnitud de la corriente en el diodo será igual a J0. Considere la cinética del transitorio, es decir, el cambio en la corriente de la unión p-n cuando se cambia de voltaje directo a voltaje inverso. Cuando el diodo tiene polarización directa basada en una unión pn asimétrica, se inyectan orificios de no equilibrio en la base del diodo. Se describe la variación en el tiempo y el espacio de los orificios inyectados en la base sin equilibrio. ecuación de continuidad:

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Procesos transitorios. En el momento t \u003d 0, la distribución de los portadores inyectados en la base se determina a partir de la ecuación de difusión y tiene la forma: De las disposiciones generales, está claro que en el momento de cambiar la tensión en el diodo de adelante hacia inversa, la corriente inversa será significativamente mayor que la corriente térmica del diodo. Esto sucederá porque la corriente inversa del diodo se debe al componente de deriva de la corriente, y su valor, a su vez, está determinado por la concentración de portadores minoritarios. Esta concentración se incrementa significativamente en la base del diodo debido a la inyección de orificios del emisor y se describe en el momento inicial por la misma ecuación.

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Procesos transitorios. Con el tiempo, la concentración de portadores en desequilibrio disminuirá; por lo tanto, la corriente inversa también disminuirá. Durante el tiempo t2, llamado tiempo de recuperación de la resistencia inversa, o tiempo de disipación, la corriente inversa llegará a un valor igual a la corriente térmica. Para describir la cinética de este proceso, escribimos la frontera y las condiciones iniciales para la ecuación de continuidad en la siguiente forma. En el tiempo t \u003d 0, la ecuación para la distribución de portadores inyectados en la base es válida. Cuando se establece un estado estacionario en un instante de tiempo, la distribución estacionaria de los portadores en desequilibrio en la base se describe mediante la relación:

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Procesos transitorios. La corriente inversa se debe solo a la difusión de los agujeros hasta el límite de la región de carga espacial de la unión p-n: El procedimiento para encontrar la cinética de la corriente inversa es el siguiente. Teniendo en cuenta las condiciones de contorno, se resuelve la ecuación de continuidad y se encuentra la dependencia de la concentración de portadores en desequilibrio en la base p (x, t) con el tiempo y la coordenada. La figura muestra las dependencias de coordenadas de la concentración p (x, t) en diferentes momentos. Coordinar las dependencias de la concentración p (x, t) en diferentes momentos

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Procesos transitorios. Sustituyendo la concentración dinámica p (x, t), encontramos la dependencia cinética de la corriente inversa J (t). La dependencia de la corriente inversa J (t) tiene la siguiente forma: Aquí está la función de distribución de error adicional igual a La primera expansión de la función de error adicional tiene la forma: Expandamos la función en una serie en casos de pequeños y grandes veces: t\u003e p. Obtenemos: De esta relación se deduce que en el momento t \u003d 0 el valor de la corriente inversa será infinitamente grande. La limitación física para esta corriente será la corriente máxima que puede fluir a través de la resistencia óhmica de la base del diodo rB a un voltaje inverso U. La magnitud de esta corriente, llamada corriente de corte Jav, es igual a: Jav \u003d U / rB. El tiempo durante el cual la corriente inversa es constante se denomina tiempo de corte.

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Procesos transitorios. Para los diodos de pulso, el tiempo de corte τav y el tiempo de recuperación τw de la resistencia inversa del diodo son parámetros importantes. Hay varias formas de disminuir su valor. Primero, la vida útil de los portadores en desequilibrio en la base del diodo puede reducirse introduciendo centros de recombinación profundos en el volumen cuasineutral de la base. En segundo lugar, puede adelgazar la base del diodo para que los portadores en desequilibrio se recombinen en la parte posterior de la base. Perpr_pn.swf Dependencia temporal de la corriente inversa al cambiar el diodo

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Leyendas de diapositivas:

Transición de agujeros de electrones. Transistor

Una unión electrón-hueco (o unión n-p) es la región de contacto de dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad.

Cuando dos semiconductores de los tipos ny p entran en contacto, comienza el proceso de difusión: los huecos de la región p pasan a la región n, y los electrones, por el contrario, de la región n a la región p. Como resultado, en la región n cerca de la zona de contacto, la concentración de electrones disminuye y aparece una capa cargada positivamente. En la región p, la concentración de huecos disminuye y aparece una capa cargada negativamente. En el límite del semiconductor, se forma una doble capa eléctrica, cuyo campo eléctrico evita el proceso de difusión de electrones y agujeros entre sí.

La región límite entre semiconductores con diferentes tipos de conductividad (capa de bloqueo) suele alcanzar un grosor del orden de decenas y centenas de distancias interatómicas. Las cargas espaciales de esta capa crean un voltaje de bloqueo U s entre las regiones p y n, que es aproximadamente igual a 0,35 V para las uniones n - p de germanio y 0,6 V para las uniones de silicio.

En condiciones de equilibrio térmico en ausencia de un voltaje eléctrico externo, la corriente total a través de la unión del agujero de electrones es cero.

Si la unión n - p está conectada a la fuente de modo que el polo positivo de la fuente esté conectado a la región p, y el polo negativo a la región n, entonces la intensidad del campo eléctrico en la capa de bloqueo disminuirá, lo que facilita la transición de los portadores mayoritarios a través de la capa de contacto. Los agujeros de la región p y los electrones de la región n, moviéndose uno hacia el otro, cruzarán la unión n - p, creando una corriente en la dirección de avance. En este caso, la corriente a través de la unión n - p aumentará al aumentar el voltaje de la fuente.

Si un semiconductor con una unión n - p está conectado a una fuente de corriente de modo que el polo positivo de la fuente esté conectado a la región n y el polo negativo a la región p, entonces la intensidad de campo en la capa de bloqueo aumenta. Los agujeros en la región p y los electrones en la región n se desplazarán de la unión n-p, aumentando así la concentración de portadores minoritarios en la capa de bloqueo. Prácticamente no hay corriente a través de la unión n-p. Una corriente inversa muy insignificante se debe solo a la conductividad intrínseca de los materiales semiconductores, es decir, a la presencia de una pequeña concentración de electrones libres en la región p y huecos en la región n. El voltaje aplicado a la n - p -unión en este caso se llama inversa.

La capacidad de una unión n-p para pasar corriente en casi una sola dirección se utiliza en dispositivos llamados diodos semiconductores. Los diodos semiconductores están hechos de cristales de silicio o germanio. En su fabricación, una impureza que proporciona un tipo diferente de conductividad se funde en un cristal con algún tipo de conductividad. Los diodos semiconductores tienen muchas ventajas sobre los diodos de vacío: tamaño pequeño, larga vida útil, resistencia mecánica. Una desventaja significativa de los diodos semiconductores es la dependencia de sus parámetros de la temperatura. Los diodos de silicio, por ejemplo, solo pueden funcionar satisfactoriamente en un rango de temperatura de –70 ° C a 80 ° C. Para los diodos de germanio, el rango de temperatura de funcionamiento es algo más amplio.

Los dispositivos semiconductores con no una, sino dos n - p uniones se denominan transistores. El nombre proviene de una combinación de palabras en inglés: transferencia - transferir y resistor - resistencia. Por lo general, el germanio y el silicio se utilizan para crear transistores. Hay dos tipos de transistores: transistores p - n - p y transistores n - p - n.

Un transistor de germanio p - n - p es una pequeña placa hecha de germanio con una impureza donante, es decir, de un semiconductor de tipo n. En esta placa, se crean dos regiones con una impureza aceptora, es decir, regiones con conducción por huecos.

En un transistor de tipo n - p - n, la placa principal de germanio tiene una conductividad de tipo p, y las dos regiones creadas en ella tienen una conductividad de tipo n.

La placa del transistor se llama base (B), una de las regiones con el tipo opuesto de conductividad se llama colector (K) y la segunda es el emisor (E). Normalmente, el volumen del colector es mayor que el volumen del emisor.

En la leyenda de diferentes estructuras, la flecha del emisor muestra la dirección de la corriente a través del transistor.

Inclusión en el circuito del transistor de estructura p - n - p La transición "emisor-base" se activa en la dirección de avance (rendimiento) (circuito emisor), y la transición "colector-base" - en la dirección de bloqueo ( circuito colector).

Cuando el circuito del emisor está cerrado, los agujeros, los principales portadores de carga del emisor, se mueven desde él hasta la base, creando una corriente I e en este circuito. Pero para los agujeros que ingresan a la base desde el emisor, la unión n - p en el circuito del colector está abierta. La mayoría de los agujeros son capturados por el campo de esta transición y penetran en el colector, creando una corriente I a.

Para que la corriente del colector sea prácticamente igual a la corriente del emisor, la base del transistor se realiza en forma de una capa muy fina. Cuando cambia la corriente en el circuito emisor, también cambia la corriente en el circuito colector.

Si una fuente de voltaje alterno está conectada al circuito emisor, entonces también aparece un voltaje alterno a través de la resistencia R conectada al circuito colector, cuya amplitud puede ser muchas veces mayor que la amplitud de la señal de entrada. Por lo tanto, el transistor actúa como un amplificador de voltaje CA.

Sin embargo, dicho circuito amplificador de transistor es ineficaz, ya que no hay amplificación de corriente de la señal en él, y toda la corriente del emisor I e fluye a través de las fuentes de señal de entrada. En los circuitos amplificadores de transistores reales, se enciende una fuente de voltaje alterno de modo que solo una pequeña corriente base I b \u003d I e - I k fluye a través de ella. Pequeños cambios en la corriente base provocan cambios significativos en la corriente del colector. La ganancia de corriente en tales circuitos puede ser de varios cientos.

Actualmente, los dispositivos semiconductores se utilizan ampliamente en radioelectrónica. La tecnología moderna permite producir dispositivos semiconductores (diodos, transistores, fotodetectores semiconductores, etc.) de varios micrómetros de tamaño. Una etapa cualitativamente nueva en la tecnología electrónica fue el desarrollo de la microelectrónica, que se dedica al desarrollo de microcircuitos integrados y los principios de su aplicación.

Un microcircuito integrado es una combinación de una gran cantidad de elementos interconectados: diodos ultra pequeños, transistores, condensadores, resistencias, cables de conexión, hechos en un solo proceso tecnológico en un solo cristal. Un microcircuito con un tamaño de 1 cm 2 puede contener varios cientos de miles de microelementos. El uso de microcircuitos ha llevado a cambios revolucionarios en muchas áreas de la tecnología electrónica moderna. Esto es especialmente evidente en el campo de la informática electrónica. Las computadoras voluminosas que contenían decenas de miles de tubos electrónicos y que ocupaban edificios enteros fueron reemplazadas por computadoras personales.

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