Półprzewodniki samoistne- są to czyste półprzewodniki bez żadnych zakłóceń struktury krystalicznej. W temperaturze zbliżonej do 0 bezwzględnego elektrony walencyjne przechodzą na poziomy pasm walencyjnych. Przejście elektronu do pasma przewodnictwa może nastąpić np. przez podgrzanie kryształu. Wtenczas w pasmach walencyjnych powstaje wolne miejsce, tzw. Dziura. Miejsce dziury może zająć elektron z sąsiedniego atomu tworząc dziurę w innym miejscu. Zjawisko to nazywamy GENERACJĄ PAR DZIURA. Atom, którego element przeszedł do pasm przewodnictwa staje się dodatnio naładowanym jonem. W półprzewodniku samoistnym liczba elektronów w paśmie jest równa liczbie dziur w paśmie walencyjnym. Temu procesowi towarzyszy zjawisko, polegające na powrocie elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, nazywane REKOMBINACJĄ.
Rezystywność w półprzewodnikach samoistnych jest duża. Aby zmniejszyć rezystywność wprowadza się do siatki krystalicznej półprzewodników niewielkie ilości atomów pierwiastków 5-wartościowych lub 3-wartościowych. Występują dwa rodzaje takiego domieszkowania typu n i typu p.
Półprzewodniki domieszkowe typu n- otrzymuje się przez dodanie do monokryształu krzemu domieszki pierwiastków z V grupy układu okresowego (5-wartościowych).
4 elektrony tworzą silne wiązania walencyjne z krzemem, natomiast 5 elektron walencyjny jest związany znacznie słabiej, jego przejście do pasm przewodnictwa wymaga znacznie mniejsze ilości energii. Temperatura pokojowa wystarcza już na przejście 5 elektronów do pasm przewodnictwa.
W efekcie tego półprzewodniki typu n są w normalnych warunkach wokół elektronów swobodnych niż dziur powstałych w wyniku generacji termicznej par elektron dziura, elektrony są w tym półprzewodniku nośnikami wysokościowymi.
Półprzewodniki domieszkowe typu p- domieszka wartości pierwiastka 3-wartościowego np. glinu. Nośnikami wysokości są dziury.
Atom pierwiastków 5-wartościowych dają do sieci krystalicznej elektrony krzemu i dlatego są nazywane donorami, natomiast atomy pierwiastków 3-wartościowych noszą nazwę akceptorów, gdyż zabierają elektrony krzemu z sieci krystalicznej.
Złączem nazywamy atomowo ścisły styk dwóch kryształów ciała stałego. Odległość między stykającymi się obszarami jest porównywalna z odległościami między atomami w kryształach. W elektronice najszersze zastosowanie mają złącza: półprzewodnik-półprzewodnik i metal-półprzewodnik.
Niespolaryzowane złącze p-n- przez te złącze dyfundują ładunki elektryczne większościowe, a więc elektrony z obszaru n do p, i dziury z obszaru p do n. Ładunki większościowe ulegają rekombinacji po przejściu przez złącze natomiast nowe powstają stale wskutek generacji. W obszarze n występuje niedomiar elektronów, natomiast w obszarze p występuje niedomiar dziur, co powoduje na złączu powstanie różnicy potencjałów, przepływ nośników większościowych nazywa się prądem dyfuzyjnym.
Spolaryzowane złącze p-n- następuje wymuszenie nośników większościowych w kierunku warstwy zaporowej, na granicy obszarów następuje rekombinacja dziur i elektronów, a więc w obwodzie płynie prąd, ma on niewielkie wartości nazywamy go prądem unoszenia lub prądem wstecznym.
Układy połączeń tranzystora:
Zależnie od doprowadzenia i wyprowadzenia sygnału rozróżniamy trzy sposoby włączenia tranzystora do układu:
-układ ze wspólnym emiterem OE (WE)
-układ ze wspólną bazą OB. (WB)
-układ ze wspólnym kolektorem OC (WC)
Tranzystor warstwowy bipolarny:
BUDOWA:
Tranzystor bipolarny zwany też warstwowym, stanowi kombinację dwóch półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są dziury i elektrony. Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu, rzadziej z germanu. Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy :P-N-P i N-P-N. Składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy;p-n i n-p. w tranzystorze bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika mają swoją nazwę : B-baza, E-emeter, C-kolektor. A złącza nazywa się: -złączem emiterowym (złącze emiter-baza)
-złączem kolektorowym (złącze baza-kolektor)
ZASADA DZIAŁNIA: P-N-P
VE>VB>VC
W stanie bez polaryzacji zewnętrznej dziury z emiterem nie przenikają do kolektora, gdyż są blokowane przez barierę potencjału emiter-baza.. podobna bariera potencjału istnieje na złączu baza-kolektor. Po przyłożeniu zewnętrznej różnicy potencjałów między kolektor i emiter (baza pozostaje z niczym niepołączona) również nie obserwuje się przepływu prądu. Napięcie UCE odkłada się na zaporowo spolaryzowanym złączu baza-kolektor. Jeżeli między bazę i emiter zostanie przyłożone napięcie UBE zmniejszające tę barierę potencjału, dziury z emitera dostaną się do bazy, a następnie, przedyfundują do kolektora, tworząc prąd. Regulując napięcie regulujemy wysokość bariery potencjału na tym złączu, kontrolując jednocześnie ilość dziur dostających się do bazy kontrolujemy oporność między emiterem i kolektorem. Aby wystąpił efekt tranzystorowy (by dziury nie zrekombinowa.ły w bazie), baza musi być odpowiednio cienka. Czas rekombinacji dziur w bazie musi być znacznie dłuższy niż czas dyfuzji przez tę bazę.
ZASADA DZIAŁANIA N-P-N:
Działanie tranzystora n-p-n jest analogiczne, jednak kierunki napięć i prądów są odwrotne niż w przypadku p-n-p, a nośnikami prądu kolektora są elektrony.
Podział i klasyfikacja wzmacniaczy:
Wzmacniacz jest to urządzenie elektroniczne, którego zadaniem jest proporcjonalne zwiększenie amplitudy wszystkich składowych widma sygnału wejściowego bez zmiany ich wzajemnej proporcji.
a)W zależności jaka wielkość jest sygnałem wejściowym, a jaka wyjściowym wyróżniamy:
-wzmocnienie napięciowe
-wzmocnienie prądowe
-wzmocnienie prądowo-napięciowe
-wzmocnienie napięciowo-prądowe
b)W zależności od wartości częstotliwości granicznych rozróżniamy:
-wzmacniacze małych częstotliwości (<100Hz)
-wzmacniacze stałoprądowe
-wzmacniacze wielkich częstotliwości (od setek kHz do setek Mhz)
-wzmacniacze szerokopasmowe
-wzmacniacze selektywne (wąskopasmowe)
CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE:
Właściwości wzmacniacza w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego określają dwie charakterystyki:
-amplitudowa - przedstawiająca zmianę wartości modułu wzmocnienia w zależności od częstotliwości
-fazowe - przedstawiające zmianę wartości argumentu wzmocnienia sygnału w zależności od częstotliwości.
Częstotliwości graniczne są to takie wartości sygnału wejściowego, dla których wzmocnienia napięciowe wzmacniacza maleje względem wzmocnienia max o 3 dB, a wzmocnienie mocy maleje do połowy.
Wyróżnia się:
-dolną częstotliwość graniczną
-górną częstotliwość graniczną
Wzmacniacze małej częstotliwości:
Służą do wzmocnienia sygnałów napięciowych w zakresie częstotliwości akustycznych (10Hz-20Hz).. Realizowane są przy wykorzystywaniu elementów dyskretnych (wzmacniacze tranzystorowe) lub elementów monolitycznych (wzmacniacze scalone)
Sprężenie zwrotne we wzmacniaczach:
Wzmacniacze ze sprężeniem zwrotnym są to układy składające się z 2-ch oddzielnych bloków układu podstawowego i układu sprzężenia zwrotnego. Układ podstawowy wzmacnia k-razy sygnał podany na jego wejście i przekazuje go na wyjście całego układu. Zadaniem układu sprzężenia zwrotnego jest przekazywanie na wejście układu części sygnału wyjściowego. W wyniku tego modyfikowana jest wartość sygnału sterującego układ podstawowy i zmieniają się własności całego układu. Sprzężenie zwrotne może powodować zwiększenie lub zmniejszenie sygnału doprowadzonego do układu podstawowego w stosunku do sygnału wejściowego
CHARAKTERYSTYKA STATYCZNA TRANZYSTORA BIPOLARNEGO: