De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Overzicht derde college SVR “Actieve electronica: dioden & transistoren” Dioden –doping in halfgeleiders –eigenschappen van de p-n overgang –enkele schakelingen.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Overzicht derde college SVR “Actieve electronica: dioden & transistoren” Dioden –doping in halfgeleiders –eigenschappen van de p-n overgang –enkele schakelingen."— Transcript van de presentatie:

1 Overzicht derde college SVR “Actieve electronica: dioden & transistoren” Dioden –doping in halfgeleiders –eigenschappen van de p-n overgang –enkele schakelingen met dioden Transistoren (bipolair) –slim gebruik van p-n-p en n-p-n overgangen –emitter - basis - collector –differentiële versterking –enkele schakelingen met transistoren

2 Electrische geleiding vertoont veel spreiding Metalen –ijzer1.5 x  m –koper2.2 x  m –koper (77K)0.2 x  m Isolatoren –geleiding beperkt door onzuiverheden >  m Halfgeleiders –“float-zone refined” silicium1.0 x 10 2  m –silicium met 4 x cm -3 n-doping1.0 x  m –silicium met 2 x cm -3 p-doping1.0 x  m (atomaire dichtheid silicium 1.4 x cm -3 )

3 Halfgeleiders Halfgeleiders geleiden half (tussen metaal en diëlectricum) –Bijna alle elektronen zijn “afgepaard” –Kleine badgap (beetje thermisch aangeslagen vrije lading) Voorbeelden van halfgeleiders –Silicium –Germanium, Gallium-arsenide (GaAs), … Doping bepaald elektrische eigenschappen –n-silicium door toevoeging van donoren: 5-waardig (N, P, As) –p-silicium door toevoeging van acceptoren: 3-waardig (B, Al, Ga)

4 Electron bandstructuur van Silicium Indirecte bandkloof (bandgap)  1.1 eV Soorten ladingsdragers: –Elektronen –Gaten (3 soorten) Licht Zwaar Split-off

5 Doping van halfgeleiders “n- & p-type” Doping in ppm (10 -6 ) range –Large effect on concentration of free carrier, because hardly any carriers in undoped material (paired electrons) most doping atoms releases their “excess charge” n-type p-type N.B. gat  positron

6 Contact tussen p en n type halfgeleider Hook & Hall 6.1 Fermi niveau  = Chemische potentiaal

7 Formelere beschrijving van p-n overgang Bezettingsgraad niveaus = Fermi-Dirac verdeling Chemische potentiaal = Fermi-niveau =  p-type n-type losse delen: verbonden: Fermi niveau 

8 De p-n overgang Meerderheids ladingsdragers combineren op grensvlak –Verarmingslaag –Ingebouwde potentiaalsprong (niet direct meetbaar) –Balans: diffusiestroom van meerderheidslading, spanningsgedreven stroom van minderheidslading Regtien-9.1

9 p-n overgang in detail Vraag: Welke ladingsstromen lopen er in evenwicht ? Wat verandert er “uit evenwicht”?

10 Internal structure of p-n junction Hook & Hall 6.2

11 p-n junction under bias conditions Hook & Hall 6.3 Forward bias: Reverse bias: Question: What is the thickness of the depletion region? What happens with the drift & diffusion current?

12 Karakteristieken van p-n overgang Drie regiems: Zener, Sper (reverse), Voorwaards (forward) Regtien-9.2 & 9.3 I 0 sperstroom of lekstroom kT/q = 25 meV (kT bij kamertemp.)kT/q = 25 meV (U k  0.6 V) Vraag: Wat is de differentiële weerstand van een diode ?

13 Ladingstransport in Zener regiem Hook & Hall 6.5

14 1. Spanningsbegrenzing met diodes Regtien-9.6 (U k  0.6 V)

15 2. Maximumzoeker met diode Regtien-9.8

16 Gelijkrichting met diodes Diodebrug van Graetz Regtien-9.13

17 Wat is U 0 /U i in dit schema ? Regtien-opg.9.6

18 Bipolaire transistoren Twee dioden “zij-aan-zij” Regtien-10.1

19 Het geheim van de bipolaire transistor: –dunne basislaag (  m) –doorschietende ladingsdragers Hoe werken bipolaire transistoren? –Bij n-p-n transistor staat emitter-basis overgang open. –Elektronen uit emitter schieten door dunne basislaag en bereiken basis-collector overgang (die in sper staat). –Het interne electrische veld trekt ze door de verarmingslaag (depletion zone) heen. –Bij voldoende dunne basislaag zullen de meeste elektronen doorschieten van emitter naar collector, slechts een klein deel bereikt de basis => I C >> I B Ladingstransport in bipolaire transistor Regtien-10.1

20 Ladingstransport in detail

21 Hook & Hall 6.8

22 Karakteristieken van bipolaire transistor 1.Spanningsgestuurde stroombron 2.Stroomversterkingsfactor  Regtien-10.2 U BE  0.6 V  

23 Transistoren (een kort overzicht) Nulde-orde aanpak: 1. Transistor open bij vast voltage V BE  0.6 V 2. Basis trekt vrijwel geen stroom (  »1) Eerste-orde aanpak: 1. V BE verandert toch een beetje (eindige steilheid s = 1/R diff ) 2. Eindige “stroomversterking  ” Toepassingen van transistoren –Voltage-stroom omzetter (Regtien §10.2.1) –Voltage versterker (Regtien § en ) –Emitter volger = buffer versterker (Regtien §10.2.4)

24 Vervangingsschema transistor Gebruik als spannings-stroom omzetter Regtien-10.5 & 10.6 Vraag: Wat is de relatie tussen I C en U i ?

25 Transistor als spanningsversterker Regtien-10.7 & Instelling werkpunt is heel belangrijk !! Differentiële versterking rond werkpunt

26 Transistor als spanningsversterker Regtien Instelling werkpunt is heel belangrijk !! Differentiële versterking rond werkpunt U B (t) = U B,0 + u i sin(  t) U C (t) = U C,0 + u o sin(  t+  ) A = u o /u i

27 Vervangingsschema AC spanningsversterker Spanningsversterker met –instelling basisspanning –capacitieve koppeling van ingang en uitgang Regtien-10.11

28 Vergroting van hoogfrequente versterking Regtien Extra condensator !

29 Emittervolger (als bufferversterker) Regtien Vb. R E = 10 k , I werk = 1.0 mA,  = 200 => R in = R E /  = 2 M  R out = r e = 25 

30 Samenvatting SVR3 Halfgeleiders & doping Dioden als p-n overgang Transistoren uit p-n-p en n-p-n overgangen Schakelingen met dioden & transistoren –Spanningsbegrenzers & piekzoekers –Spanningsstroomomzetters –Spanningsversterkers, … ZELFSTUDIE: –Regtien Hoofdstukken 9, 10, 11


Download ppt "Overzicht derde college SVR “Actieve electronica: dioden & transistoren” Dioden –doping in halfgeleiders –eigenschappen van de p-n overgang –enkele schakelingen."

Verwante presentaties


Ads door Google