книги / Электронные приборы

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ диоды

8-1. Свойства полупроводников
1-2;	2-3; 3-2; 4-2;	5-2; 6-3;	7-1; 8-1; 9-3;	10-4; 11-5;
12-2; 13-1; 14-3.		иметь в	виду, что в	полупроводнике
15-	2. Следует

p-типа в зависимости от концентрации примеси уровень Ферми может располагаться выше или ниже локального уровня акцепторов, но во всяком случае ниже середины запрещенной зоны.

16- 1. Следует иметь в виду, что в полупроводнике я-типа в зависимости от' концентрации примеси уровень Ферми может располагаться выше или ниже локального уровня доноров, но во всяком случае выше середины запрещенной зоны.

17- 4; 18-2.

19- 4. Относительная концентрация атомов примеси обычно лежит в пределах 10-7—10~30/о, что при плотности размещения (концентрации) атомов исходного вещества до 5- 1022 1/см3 составляет 1013—1017 1/см3.

20- 2; 21-3; 22-1; 23-2.

8-2. Электронно-дырочный переход

I- 3; 2-1; 3-2; 4-3; 5-2; 6-3.

7- 3. Иногда [1] при построении графиков распреде­ ления потенциала положительные значения потенциала откладывают по оси ординат вниз. На рисунке вверх по оси ординат отложены положительные значения потен­ циала.

8- 3; 9-3; 10-3 (см. замечание к вопросу 7). II- 2 (см. замечания к вопросу 7).

12-2; 13-1; 14-1; 15-2; 16-3; 17-1; 18-2; 19-1; 20-1.

21-4. При включении внешнего источника в прямом направлении электрическое поле способствует движению основных носителей к р-п переходу, в результате чего частично компенсируется объемный заряд ионов приме­ сей и толщина обедненного слоя уменьшается. При об­ ратном смещении, наоборот, электрическое поле способ­ ствует уходу основных носителей от р-п перехода, в ре-

зультате чего «обнажаются» новые ионы примесей и толщина обедненного слоя увеличивается.

22-1; 23-2; 24-1; 25-3; 26-1; 27-3; 28-3; 29-3; 30-3; 31-3; 32-1; 33-2; 34-2.

35- 3. Электрический пробой (туннельный и лавинный) является обратимым процессом, так как при этом виде пробоя не’ нарушается, структура р-п перехода; при тепловом пробое из-за диффузии примесных атомов пе­ реход разрушается, т. е. процесс является необратимым.

36- 1.

37- 2. С ростом температуры увеличивается энергия носителей, растет и вероятность туннельного перехода; следовательно, пробивное напряжение падает. С другой стороны, с повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей и энергия, которую может набрать носитель на длине свободного пробега, также уменьшается; следовательно, вероятность образования лавин носителей уменьшается и для развития лавинного пробоя требуется увеличение напряжения.

38- 1.

39- 3. Невыпрямляющим (или омическим) называется контакт, электрическое сопротивление которого не зави­ сит от направления и значения тока. Если же сопротивле­ ние изменяется при изменении направления тока, контакт называется выпрямляющим.

40- 2 (см. замечание к вопросу 39). 41- 3; 42-4; 43-2; 44-1; 45-3; 46-2.

8-3. Характеристики и параметры диодов

1-2; 2-2; 3-1; 4-4; 5-2.

6-3. При одинаковых по абсолютной величине прямом и обратном напряжениях (например, ±1 В):

A i p __	<еьт _	l ) __I	е« — 1
Л ) б р	е ~ ь т _	I )	1 е~*° — 1
/ . (
так как при комнатной температуре e/kT& 40 1/В.
7-2. У реальных диодов			обратный ток оказывается

значительно больше (иногда на несколько порядков) тео­ ретически рассчитанного дрейфового тока неосновных носителей из-за термогенерации носителей в переходе, тока утечки и др., в то же время прямой ток оказывается

меньше теоретически рассчитанного главным образом из-за падения напряжения на слоях полупроводника, прилегающих к переходу; поэтому отношение /цР//0бр оказывается значительно меньше теоретически ожидае­ мого— практически это отношение при U— + 1 В лежит в пределах 108—103.

8-1; 9-3; 10-3; 11-2; 12-1; 13-3; 14-3; 15-2; 16-1; 17-2; 18-2; 19-1; 20-2; 21-3; 22-1; 23-1; 24-1; 25-3; 26-3; 27-3; 28-1; 29-3; 30-1; 31-1; 32-3.

8-4. Разновидности полупроводниковых диодов

I- 3; 2-2; 3-2.

4- 3. Выпрямительные полупроводниковые диоды вы­ годно отличаются от кенотронов отсутствием потребле­ ния мощности на нагрев катода и малым падением на­ пряжения (при прямом смещении), что обеспечивает их высокую экономичность, а также меньшими габаритами.

5- 1; 6-3.

7- 3. Поскольку в интервале рабочих температур все примесные атомы ионизированы, концентрация подвиж­ ных носителей равна приблизительно концентрации при­ месных атомов.

8- 3; 9-3.

10-3. Максимальная плотность диффузионного тока (при отсутствии тормозящего электрического поля) опре­ деляется величиной градиента концентрации подвижных носителей. При разности концентраций носителей по обе стороны перехода в 105—106 раз и толщине перехода меньше 1 мкм теоретически вычисленная плотность диф­ фузионного тока может достигать 107 А/м2; в реальных диодах за счет неполного сглаживания потенциального барьера (наличия небольшого тормозящего поля) пре­ дельная плотность прямого тока получается в 10—100 раз меньше.

II- 2; 12-3; 13-2; 14-3; 15-2; 16-3; 17-3; 18-4; 19-4; 20-2;

21- 1; 22- 1.

23- 2. Вид пробоя зависит от толщины перехода и на­ пряженности поля в нем. Германиевые диоды имеют бо­ лее узкий переход, для них типичен туннельный пробой; у кремниевых диодов с более широким переходом чаще наблюдается лавинный пробой.

24- 2; 25-1 (см. разъяснение к вопросу 23).

26-1; 27-2; 28-3; 29-4; 30-2; 31-1; 32-3; 33-2; 34-1; 35-2;

36-4;	37-3;38-2;	39-3;	40-2;	41-3; 42-3; 43-1; 44-3; 45-3;
46-2;	47-1;48-2; 49-2; 50-3;			51-3;	52-1;	53-2;	54-2;	55-1;
56-3;	57-1;58-1;	59-2;	60-1;	61-2;	62-1;	63-2;	64-2;	65-2;

66-1; 67-2; 68-1; 69-1; 70-2; 71-2; 72-2; 73-2; 74-2.

Ответы к гл. 9

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

9-1. Основные физические явления в транзисторе в статическом режиме

1-	2. При	таком	соединении	отсутствует взаимно
влияние одного электронно-дырочного перехода на
другой.	2; 3-4;	4-1; 5-2;	6-3; 7-1; 8-2;	9-2; 10-4; 11-2; 12-3;
2-
13-3.	1. Приближенные выражения следуют из точного
14-
выражения
«"-^(т)»[, + т(т)Г*,-т(т)-
15-	4; 16-4; 17-2; 18-4; 19-1; 20-2; 21-4; 22-1; 23-2; 24-1
25-3; 26-1; 27-3;		28-2; 29-4; 30-3; 31-2;		32-2; 33-2; 34-1;
35-2; 36-4; 37-3; 38-1; 39-1; 40-3; 41-1; 42-2; 43-1.
44-	3. При высоком уровне инжекции возникает дрейф
неосновных носителей в базе транзистора за счет внут­
реннего электрического поля, являющегося следствием
нарушения электронейтральности базы.
45-	4; 46-2; 47-3; 48-2; 49-4; 50-1; 51-3; 52-2; 53-1; 54-3;
55-4.			w
56- 2.	Следует из того, что / в ~ [ p (x )d x = const.
57-	4; 58-2; 59-1; 60-4; 61-1; 62-2;°63-3; 64-1; 65-4; 66-2;
67-3; 68-2; 69-2; 70-1.
71-	3. Накопленный избыточный1заряд в базе бездрей-

фового транзистора выше, так как концентрация неоснов­ ных носителей заряда на границе эмиттерного перехода выше концентрации носителей заряда в дрейфовом тран­ зисторе при том же эмиттерном токе.

72- 3; 73-3; 74-2; 75-3; 76-1; 77-2; 78-2; 79-4; 80-4.

9-2. Обозначения, режимы работы и схемы включения транзисторов

1-2; 2-3; 3-4; 4-1; 5-2.

6- 2. Наибольшее усиление имеет место в схеме с об­ щим эмиттером, так как в этой схеме включения имеет Место усиление тока и при достаточно большом сопро­ тивлении нагрузки усиление напряжения. В схеме с об­ щей базой отсутствует усиление тока; в схеме с общим

коллектором отсутствует усиление напряжения.
7-	2. Следует из равенства hi2K= 1.
8-3.
9-	3. В схеме с общим коллектором нагрузка помеща­
ется в цепь эмиттера, т. е. в цепь открытого электронно­
дырочного перехода. Следовательно, выходное сопротив­
ление схемы, определяемое сопротивлением нагрузки		и
малым сопротивлением транзистора со стороны откры­
того эмиттерного перехода, мало.
10-	1. Полярности напряжений на выводах транзисто­
ров п-р-п и р-п-р обратны.
11-	2; 12-2; 13-4; 14-2.
15-	3 (см. пояснение к ответу на вопрос 10).	при
16-	1. Учитывая, что « б э = — «эб и «кэ^Пкб,

Икб«Мкэ=0 имеем:

17-4. Следует из равенства входных токов в схемах с общим коллектором и общим эмиттером и г*бэ=«бк при

Чкэ == UaK== 0 .

18-1 19- 3 (см. пояснение к ответу на вопрос 10).

20-	2. Воспользовавшись условием, что икэ& икв и
1б=—/к при ia= 0, коллекторный ток можно выразить в
виде tK=	tV!2U + /t223«Ka«—<1кЛ21э+/122э«кб, ОТКуДЭ

«Кб

1 + А21Э

21-4. Следует из равенства абсолютных значений вы­ ходных токов и напряжений в схемах с общим эмитте­ ром и общим коллектором при t'e= 0 .

22-1. Учитывая, что икЭ' UK6,				МОЖНО при ^кб~^кэ = 0
записать:						^21б
и	— 1*L — —		*к
n2io	— :----- .	I •				1+^21б
	lo	*э + *к
23-3. Согласно иКб & и кэ= и эк= 0					можно записать:
^21К	\ 1б I \ 13 /		h			имеем: hl2K=
24- 4. Так как		ыбк«Мэк, то при			i6= 0
—Ыбк/Иэк	1 •					_
25-	2. Воспользовавшись			тем, что «кб^Икэ и 1-б = —*к
при 1э= 0, ыЭб можно			выразить	в	виде	«эб=—мбэ«

ля'кЛнэ—AI23WK6, откуда /112б=Ыэб/ыкб=Л22бЛпэ—Л12э (вы­ ражение для Л22б см. в пояснении к ответу на вопрос 20).

26-	2; 27-3; 28-2.
29-2. Учитывая, что г<эб=—«бэ и иКб&инэ, при ии0&
« ы 1(б= 0 имеем:								^11Э
и		иэ0		ибэ
Пп0 = — — .					, Г			1+^213'
30-	1. Воспользовавшись							условиями, что ико&ииэ и
h = —i1{ при /б=0, коллекторный ток можно выразить в
виде /к=/эЛ21б+Л22б^кб«—/кЛ21б+^22б^кэ, откуда
/,	_ *К ,_,			^22б		•
'^223 —		'—' , 1 #
		МКЭ	1 +		^21б
31-	4. Воспользовавшись тем,							что Ыкб««кэ и ta= —tK
при /б= 0 ,		«бо можно выразить						в виде «бэ= —«аб^
« 1кйцб—/ЧгбИка.				откуда			hl2j — uo3/uKO= h 22jhi\<>—Л126
(выражение для Л22Эсм. в пояснении к ответу на вопрос
30).	3; 33-1.
32-					= 0		и f/кв ^ 0 имеем: 1/эв ^ 0 , т. е. оба
34-	4. При /э
перехода транзистора смещены в обратном направлении.
35-	2. Следует из определения активного режима и ре­
жима отсечки и насыщения.

9-3. Статические характеристики транзисторов

1-2; 2-1; 3-4; 4-4; 5-1.

Схема с общей базой

6-3; 7-2; 8-2; 9-4; 10-1; 11-2; 12-3; 13-4.

14-	1. Следует из того, что с ростом температуры воз­
растают обратный ток коллектора,			абсолютное значе­
ние коэффициента передачи тока и температурный по­
тенциал.
15-	2; 16-4; 17-3; 18-1; 19-2.
20-	1 (см. пояснение к ответу на вопрос 14).
21-	3.
22-	4. Следует из того, что с ростом температуры воз­
растает обратный ток эмиттера и температурный потен­
циал.	2.
23-
24-	2. С ростом температуры при постоянных Uкв и
/э уменьшается потенциальный барьер эмиттерного пе­
рехода, что приводит к уменьшению USб
Схема с общим эмиттером
25-1; 26-3.
27-	4. Следует из того, что с ростом температуры воз­
растают обратный ток коллектор — эмиттер, модуль ко­
эффициента передачи тока и температурный потенциал.
28-	2. При Uкэ = 0	коллекторный переход смещен в
прямом	направлении, а	ток коллектора направлен
«в кристалл» и пропорционален току базы.
29-	3; 30-1 31-4; 32-3.
33-	2. С ростом температуры возрастают как прямой,
так и обратный токи базы, а также			температурный по­

тенциал, следствием чего является пересечение входных характеристик при разных температурах, причем точка пересечения характеристикой оси абсцисс (/б = 0 ) с ро­ стом температуры смещается вправо.

34- 1; 35-2.

36- 1 (см. пояснение к ответу на вопрос 27). 37- 4; 38-3; 39-4; 40-2; 41-3.

42-1 (см. пояснение к ответу на вопрос 33).

9-4. Параметры и эквивалентные схемы транзисторов

Статические параметры

1-2. Статическая крутизна прямой передачи в схеме с общим эмиттером характеризует отношение к напря­ жению база — эмиттер превышения коллекторного тока

над коллекторным током при замкнутых накоротко ба­

зе и эмиттере.

2-

3.

1. Приближенное равенство

объясняется тем,

что

3-

параметр

h 213 определяется

при

Uкэ = const, a aw —

при постоянстве напряжения на коллекторном переходе.

4-

4.

2. В точке А

характеристики

коллекторный

ток

5-

транзистора равен /кэо

, в точке В — /к

, При 11кэ =

= Uкэ

имеем: Л21Э= ( / к — / Кэо ) / / Б .

6-

4. В точке

В

характеристики

коллекторный

ток

транзистора равен /кэк-> в точке А —I

к

С учетом U б э =

= —Uэв

согласно

определению

имеем: У213 — (Ы —

— ^кэк)/^эв .

7-

3. Согласно ГОСТ 20003-74.

Параметры в режиме малого сигнала

8-3;

9-1; 10-1;

11-1;

12-2; 13-3;

14-3; 15-1; 16-2.

17-

1. Обратите внимание на неравенство напряжений

на коллекторном переходе Uкв« напряжению Uкв

в ре­

альном транзисторе.

18-

3. Следует из уравнений эквивалентного четырех­

полюсника. Здесь 1/Л22

обозначает выходное сопротив­

ление.

1; 20-2.

19-

21-

1. Следует из уравнений эквивалентного четырех­

полюсника. Здесь 1/У обозначает сопротивление.

22-

4; 23-4; 24-3; 25-1; 26-3; 27-2; 28-4; 29-1; 30-3; 31-3;

32-2; 33-4.

1. Знак минус в формуле

определяется

выбран­

34-

ным положительным

направлением

постоянного тока

коллектора, в силу чего коллекторный ток и напряжение

на коллекторном

переходе U кв' имеют разные знаки.

35-

3;

36-2;

37-4;

38-3;

39-2;

40-1;

41-3;

42-2;

43-1.

44- 3. Следует из определения параметров hue и г9.

45- 1. Следует из определения параметров hue и рвк.

46-

4.

2. Схема может быть получена

добавлением

со­

47-

противления базы г'б к эквивалентной схеме четырехпо­

люсника с /i-параметрами с заменой последних на соб­ ственные параметры транзистора.

48-1; 49-3; 50-3; 51-3; 52-2; 53-2.

54- 2. Следует из схемы с одним генератором тока заменой генератора тока са'э с параллельно включенным сопротивлением гк на генератор напряжения a r j3 с по­

следовательным		сопротивлением гк.
55-	3. Генератор тока t'eP с параллельно включенным
сопротивлением		г к	эквивалентен генератору тока снэ с
сопротивлением		гк	при условии iKrK—агк1э=1к/'к+ Р1б-
56- 1.	4. Следует из равенства напряжения генератора
57-
~РэкЫкб,	равного		ЦэкГкЬс при ь = 0, напряжению iKr'6,

создаваемому на сопротивлении г ’б коллекторным током

при том же условии.

58- 2. Следует из равенства напряжения 1эгэ на эмит-

терном	переходе при ыКб = 0				падению			напряжений на
сопротивлениях		г9 и		г 6’ ,	т. е.	7эгэ = t3r' + (1Э-Ик)Гд=
= 1эГ э+ (1—a)i3r"6,			откуда		г9 =гэ— (1—а)г'б.
59-	3 (см. пояснение				к ответу на вопрос 55). Из ра­
венства	IV K—осгкг'э = 1кг'+Р«б после замены ia на —( I'G +
+ tK) следует г ' =			rK(1—а )..
60- 3. Следует из				определения параметров /г^ и гк.
61-	3. В рабочем			диапазоне			температур возрастает
удельное электрическое				сопротивление примесного полу­
проводника, вследствие чего г'б растет, причем у базы
из германия рост rf6 в рабочем						диапазоне			температур
постепенно сменяется спадом в силу перехода примес­
ного полупроводника в собственный.
62-	2.
63-	4. Для простоты эффективности переходов тран­
зистора	положены		равными		1.
64- 1. Следует из формулы ra=kTleI3.
65-	1. С ростом отрицательного смещения в цепи кол­
лектора	сопротивление			пассивной			части		базы растет
из:за уменьшения ширины базы.								при /a=const сле­
66-	2. Из	определения			параметра
дует:

. - 1 -

J

да _

/

д

х

h w dw

kT

w dw

L2

dUKG,

era

L? dU

67- 3 (см. пояснение к ответу на вопрос 64).

переход

68-

4. По

мере

запирания

коллекторного

уменьшается ширина базы до, что приводит к увеличе­

нию р.

(см. пояснение к ответам на вопросы 64 и 66).

69-

3

70-

1. Из

определения

параметра

при /3 =const сле

дует:

<?£/ЭБ '

откуда

М'ЭК

д^ЭБ'

kT

д

(In до/э)

kT

dw

dUKh,

е

ew dUKB,

'

<^КБ'

71-

1. С ростом

температуры

увеличивается время

жизни и диффузионная длина

инжектированных в базу

носителей, что приводит к росту р.

уменьшается,

так как

с

72-

1. Сопротивление базы

ростом эмйттерного тока растет концентрация подвиж­

ных носителей в базе транзистора.

73-

3 (см. пояснение к ответу на вопрос 70).

74-

2. Для резкого коллекторного перехода приблизи­

тельно

гк

]Л|£/КБ,| в диапазоне напряжений, при кото­

рых не наблюдается заметного умножения коллекторного

тока.

4. Зависимость определяется в основном измене­

75-

нием

эффективности

эмйттерного

перехода

при

из­

менении уровня инжекции носителей в базу-

к

76-

1. Следует из формулы,

приведенной в ответе

вопросу 70.

77-

3 (см. формулу к вопросу 66). С ростом темпера­

туры гэ~ Т

и увеличивается время жизни и диффузион­

ная длина L инжектированных носителей. В результате

в диапазоне напряжений, при которых не наблюдается

заметного умножения носителей, гк возрастает.

78-

2 (см. пояснение к ответу на вопрос 63).

79-

4 (см. формулы в ответах на вопросы 66 и 70). Из

а;

___1_ tw y. следует

— )j‘=

2(1 — а).

Отсюда

2 ( L )