1 часть реферата. 1. Цифровые сигналы. Общие сведения, представление в параллельной и последовательной формах. Представление цифровых сигналов потенциалами
 Скачать 448.3 Kb.
|
|
Часть 1 1.Цифровые сигналы. Общие сведения, представление в параллельной и последовательной формах. Представление цифровых сигналов потенциалами. Сигналом называют физический процесс, несущий информацию. Различают аналоговые и цифровые сигналы. Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений. Больше распространены двоичные цифровые сигналы (битовый поток) в связи с простотой кодирования и используемостью в двоичной электронике. Устройства, работающие исключительно с цифровыми сигналами, называются цифровыми устройствами. В параллельной форме уровни, выражающие цифры в разрядах кода квантованной выборки, появляются одновременно, параллельно. При этом, количество линий передачи и однотипных элементов устройств соответствует разрядности обрабатываемого сигнала. В последовательной форме уровни, выражающие цифры в разрядах кода выборки, появляются последовательно; каждый остаётся неизменным в течение так называемого тактового интервала; на его границе уровень потенциала изменяется, если следующая цифра двоичного кода отличается от предыдущей. 2.Пассивные компоненты электрических цепей: конденсатор, резистор – определение, назначение, устройство, основные параметры. Конденса́тор - устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Рис.1 Устройство конденсатора  Рези́стор— пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии и др. Весьма широко используемый компонент практически всех электрических и электронных устройств. 3. Электровакуумный диод: принцип работы. Электровакуумный диод – первый представитель электронной техники. Действие основано на термоэлектронной эмиссии  Рис.2.1Устройство очень простое. В стеклянной или керамической колбе размещаются два электрода: анод и катод (рис. 2.1). Из колбы по-возможности откачен воздух, то есть, создан вакуум. Если катод нагревать каким-либо образом, обычно это электрическая спираль, то с поверхности катода через некоторое время начнут вылетать электроны(термоэлектронная эмиссия). При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, испускаемые катодом элетроны будут двигаться от катода к аноду, создавая так называемый анодный ток. Если напряжение между между анодом и катодом будет другой полярности, то анодного тока не будет. Отрицательно заряженный анод будет отталкивать эмиттированные электроны. 4. Электровакуумный триод: принцип работы. Его идея заключается в том, чтобы огородить катод, испускающий электроны, то есть, эмиссионный поток, дополнительным электродом, называемым сеткой. Эта сетка размещается между катодом и анодом, причём ближе к катоду. У такой лампы три электрода, к которым подводится напряжение, поэтому и называться такие лампы стали триодами.  Когда на сетке нет напряжения, то сетка не оказывает никакого воздействия на поле анода и протекающий ток. Если на сетку будет подано положительное напряжение(относительно катода), то действие поля на на поток электронов усиливается и ток анода возрастает. 5. Электронно-лучевые трубки(общие сведения). Электронно-лучевые трубки так же являются электро-вакуумными приборами. Их назначение – преобразование электрических сигналов в изображения. В ЭЛТ используется явление термоэлектронной эмиссии. ЭЛТ представляет собой стеклянную трубку с расширением в виде конуса на одном конце (рис. 2.8).  В узкой части стеклянного корпуса находится электронная пушка, которая испускаяет поток электронов. Эти электроны ускоряются сеткой-анодом в направлении экрана. На пути движения электронов имеется фокусирующая системакоторая формирует узкий пучёк электронов(электронный луч). 6. Энергетические уровни и зоны. Проводники, полупроводники и диэлектрики Каждому энергетическому уровню соответствует своё значение энергии электрона. Уровни отделены друг от друга некоторыми промежутками, которые называются «запрещённые зоны». В квантовой механике известен принцип Паули, который утверждает, что на одном энергетическом уровне не может находиться более двух электронов, причём, спины этих электронов должны быть противоположны. Разрешённая зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические зоны заняты электронами, называется валентной зоной. Разрешённая зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной проводимости. Характерными особенностями полупроводников является зависимость удельной электропроводности σ от температуры, от количества и природы вводимых примесей, от изменения σ под влиянием электрического поля, света и ионизирующего излучения. 7. Собственная проводимость полупроводников Проводимость, которая обусловлена движением под действием электрического поля одинакового числа свободных электронов и дырок, образовавшихся из-за перехода электронов полупроводника из валентной зоны в зону проводимости, называется собственной проводимостью полупроводников 8. Распределение электронов по энергетическим уровням. Электронов в кристалле огромное количество, они занимают какие-то энергетические уровни. Рассмотрим квантовую статистику Ферми-Дирака, с помощью которой можно оценить концентрацию электронов в зоне проводимости, дырок в валентной зоне, определить зависимость удельной электропроводности полупроводника от температуры, от наличия примесей и других факторов. При неизменном температурном состоянии полупроводника распределение электронов по энергетическим уровням происходит по его статистике, по которой вероятность заполнения электроном энергетического уровня W при температуре T определяется функцией:  Где T – температура в градусах Кельвина, k – постоянная Больцмана (1,38х10-23 Дж/К, где К - Кельвин), WF - энергия уровня Ферми. Функция определяющая вероятность того, что квантовое состояние с энергией W свободно от электрона, т.е. занято дыркой:  9. Примесная проводимость полупроводника: донорные примеси Донор это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в возбужденном состоянии электроном и способным отдать в возбужденном состоянии электрон в зону проводимости(рис.3.8).  Полупроводник приобретает свойство примесной электропроводности, обусловленной наличием свободных электронов в зоне проводимости. Этот вид электропроводности называется электронной и обозначается буквой n, а полупроводник с таким видом проводимости называют полупроводником n-типа.  10. Примесная проводимость полупроводника : акцепторные примеси Акцептор – это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.   Такой тип проводимости называется дырочным и обозначается буквой p, а полупроводник называется полупроводником p-типа.  11. Диффузия носителей зарядов в полупроводниках(чем обусловлена, формула для плотности тока) Диффузия происходит при неоднородном распределении концентрации носителей зарядов и отсутствии градиента температуры. В результате диффузии в полупроводниках появляется электрический ток. Полная плотность диффузионного тока, обусловленная направленным перемещением носителей электрического заряда из мест с большой концентрацией в место, где их концентрация меньше, определяется так:  где Dn – коэффициент диффузии электронов, dn/dx – градиент концентрации. 12. Дрейф носителей зарядов в полупроводниках(чем бусловлен, формула для плотности тока) Дрейф носителей заряда в полупроводниках - направленное движение носителей заряда в полупроводниках под действием внешних полей, накладывающееся на их беспорядочное движение. Плотность дрейфового тока: В обычных условиях дрейфовая скорость мала по сравнению со средней скоростью их теплового движения.   13. Электронно-дырочные р-n переходы в отсутствии напряжения. Электронно-дырочные р-n переходы в отсутствии напряжения. Электронно-дырочные р-n переходы - переходы между областями, если одна из них является металлом, а другая полупроводником p-типа или n-типа. Возле границы раздела образуется слой пространственных зарядов, где возникает поле с напряжённостью - полем потенциального барьера. В этой области образуется слой, где сопротивление этого слоя больше из-за отсутствия свободных носителей электрических зарядов – запирающий слой При отсутствии внешнего электрического поля и при условии динамического равновесия в кристалле полупроводника устанавливается единый уровень Ферми для обеих областей проводимости.  14. Прямое включение р-n перехода Прямым включением р-n перехода называют такой переход, к которому подключён внешний источник напряжения с полярностью: + к р-типу, – к n. Если увеличивать внешнее напряжение, то прямой ток р-n перехода будет возрастать. В этом случае напряжённость электрического поля внешнего источника Евн будет направлено навстречу напряжённости поля потенциального барьера Е и приведёт к снижению результирующей напряжённости Ерез = Е – Евн. Это свойство, в свою очередь, приведёт к снижению высоты потенциального барьера и увеличению количества основных носителей, диффундирующих через границу раздела в соседнюю область Поступление носителей зарядов через р-n переход при понижении высоты потенциального барьера в область полупроводника, где эти носители являются неосновными, называется инжекцией носителей заряда. При протекании прямого тока из дырочной области р в электронную область n инжектируются дырки, а из электронной в дырочную – инжектируются электроны. Инжектирующий слой с относительно малым удельным сопротивлением называют эмиттером, а слой, в который происходит инжекция неосновных носителей заряда – базой.  15. Обратное включение р-n перехода Обратным включением р-n перехода называется случай, когда внешний источник подключён к р-n переходу с противоположной полярностью. К области р-типа, + к области n-типа. Напряжённость электрического поля внешнего источника Евн будет направлена в ту же сторону, что и напряжённость электрического поля Е потенциального барьера. Высота потенциального барьера при этом возрастает, и ток диффузии основных носителей заряда практически станет равным нулю. Из-за усиления тормозящего поля на основные носители заряда ширина запирающего слоя увеличится его сопротивление резко возрастёт. Процесс переноса неосновных носителей заряда называется экстракцией. Этот ток имеет дрейфовую природу и называется обратным током р-n перехода. 16. Вольт-амперная характеристика перехода (формула, график) Вольт-амперная характеристика р-n перехода – это зависимость силы тока через р-n переход от величины приложенного к нему напряжения. Тогда формула общего тока будет такой: Ip-n = In диф + Ip диф – In др – Ip др Обратный ток I0 можно выразить так: I0 = q(νppn0 + νnnp0) = qDppn0/Lp + qDnnp0  17. Виды пробоев р-n перехода Различают обратимые и необратимые пробои. Обратимый пробой – это пробой, после которого р-n переход сохраняет работоспособность. Необратимый пробой ведёт к разрушению структуры полупроводника. Пробой – это резкое изменение режима работы p-n-перехода, находящегося под большим обратным напряжением. Делится на 4 вида: Туннельный, лавинный, тепловой, поверхностный. Туннельный пробой возникает при малой ширине p-n-перехода, когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. Лавинный пробой возникает, когда при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон/дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов. Тепловой пробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода. Поверхностный пробой. Возникает при напряжённости поля меньше той, которая нужна для возникновения пробоя в толще полупроводника. 18. Ёмкость р-n перехода Ёмкость p-n-перехода — это ёмкости объёмных зарядов, накопленных в полупроводниках на p-n-переходе и за его пределами. Она зависит от полярности и значения внешнего напряжения, приложенного к переходу. Разделяют барьерную и диффузную ёмкость. Величина барьерной ёмкости, в зависимости от площади перехода, может быть от единиц до сотен пикофарад. Особенностью барьерной ёмкости является то, что она является нелинейной. Барьерная ёмкость соответствует обратно включенному р-n переходу, который рассматривается как обычный конденсатор, где пластинами являются границы обедненного слоя, а сам обедненный слой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями: Диффузионная емкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в р- и n- областях при прямом напряжении, когда носители заряда инжектируются в большом количестве через пониженный потенциальный барьер и, не успев рекомбинироваться, накапливаются в р- и n- областях. Диффузионная емкость значительно больше барьерной. 19. Контакт «металл – полупроводник» Контакт такого типа возникает в местах соприкосновения полупроводника n-типа или р-типа с металлом. Происходящие при этом процессы определяются соотношением работы выхода электрона из металла Ам и из полупроводника Ап. Ам < Ап , полупроводник n-типа. В этом случае в слое полупроводника накапливаются основные носители. Сопротивление малое. Слой не обладает выпрямляющим свойством. Ам > Ап , полупроводник р-типа. В пограничном слое образуется область, обогащённая основными носителями заряда. Область имеет малое сопротивление. Переход не обладает выпрямляющими свойствами. Ам > Ап , полупроводник n-типа. В пограничном слое полупроводника образуется область, обеднённая основными носителями зарядов. Здесь создаётся высокий потенциальный барьер (высота зависит от полярности приложенного напряжения). Обладает выпрямляющим свойством. Ап > Ам , полупроводник р-типа. Контакт обладает выпрямляющими свойствами. Отличительной особенностью является то, что высота потенциального барьера для электронов и для дырок разная. Такие контакты могут быть при определённых условиях неинжектирущими. |