WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

1. Przedstaw planetarny model atomu (model Bohra):

Atom zbudowany jest z dodatnio naładowanego jądra (protony i neutrony) i otaczającej go chmury elektronów.

Postulaty Bohra:

1. elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany do jądra siłami elektrostatycznymi.

2. długość fali elektronu mieści się całkowitą ilość razy w długości orbity kołowej

2. W jaki sposób pierwiastki uporządkowane są w tablicy Mendelejewa:

Według liczby atomowej, czyli liczby elektronów na powłoce walencyjnej.

3. Co to jest proton, neutron, elektron:

Proton to cząstka elementarna, zbudowana z kwarków, o ładunku dodatnim +1e; neutron to cząstka obojętna elektrycznie, stabilizująca jądro atomowe oddzielając od siebie dodatnio naładowane protony; elektron to trwała cząstka elementarna, o ładunku ujemnym e=1,6*10^-19C, krąży wokół jądra zobojętniając jego dodatni ładunek.

4. Jaka jest różnica między elektronem walencyjnym a elektronem przewodnictwa (swobodnym):

Elektron swobodny powstaje w wyniku jonizacji, czyli zaniku oddziaływania elektrostatycznego pomiędzy jądrem a elektronem, może się przemieszczać pomiędzy atomami tworząc prąd elektronowy, zaś elektron walencyjny to elektron znajdujący się na ostatniej powłoce elektronowej.

5. Na czym polega proces jonizacji:

Jonizacja polega na zaniku oddziaływania elektrostatycznego pomiędzy jądrem a elektronem.

6. Jaka jest podstawowa różnica pomiędzy przewodnikami a izolatorami:

Do izolatorów należą materiały mające pewną liczbę pasm zapełnionych całkowicie, przy czym ich pasma puste oddzielone są od zapełnionych przerwą energetyczną (pasmem zabronionym większym od ok. 2 eV), zaś przewodnik to materiał mający przy dowolnej temperaturze pasma częściowo zapełnione, co umożliwia przepływ prądu pod wpływem pola elektrycznego.

7. Jakie cechy odróżniają półprzewodnik od izolatora:

Izolatory (dielektryki) mają pasmo zabronione większe od ok. 2 eV.

8. W której grupie układu okresowego znajdują się krzem i german. Jak położenie w określonej grupie układu okresowego określa strukturę elektronową atomu:

Krzem i german znajdują się w czwartej grupie. Położenie w określonej grupie zależy od liczby elektronów walencyjnych.

9. Podaj nazwy trzech materiałów o najwyższej przewodności:

Najwyższą przewodność mają materiały o najniższej rezystancji, czyli największej ruchliwości. Są to srebro - 1,6*10^-8 [Ωm], miedź - 1,75*10^-8 [Ωm], aluminium - 2.8*10^-8 [Ωm], zaś z półprzewodników GeAs, Ge, Si.

10. Wymień zastosowania materiałów półprzewodnikowych:

Produkcja układów scalonych, diód, tranzystorów.

11. W jaki sposób formuje się wiązanie kowalencyjne:

Podczas tworzenia się kryształów o strukturze diamentu podpowłoki s i p oddziaływując na siebie przeformowują się w hybrydowe poziomy sp³, co prowadzi do powstawania wiązań kowalencyjnych. Nazwa bierze się stąd, że w pierwszym rzędzie w wymianie elektronów pomiędzy atomami uczestniczą elektrony walencyjne.

12. Co oznacza termin „półprzewodnik samoistny”:

Półprzewodnik samoistny powstaje z jednego pierwiastka i ma równą liczbę elektronów i dziur z powodu braku obcych domieszek.

13. Co to jest materiał krystaliczny, monokryształ:

Monokryształ to materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika), zaś materiał krystaliczny zawiera takie obszary; monokryształ może zawierać w całej swej objętości niewielką ilość defektów tejże struktury, a jego zewnętrzna forma nie musi odzwierciedlać struktury krystalicznej.

14. Zdefiniuj pojęcie energii (poziomu) Fermiego:

Jest to poziom energetyczny, powyżej którego prawdopodobieństwo obsadzeń stanów w temperaturze zera bezwzględnego jest równe zero, natomiast w temperaturach T>0 K dla energii W=W_F prawdopodobieństwo obsadzeń będzie zawsze równe 0,5. Ma sens potencjału chemicznego, czyli średniej energii elektronów liczonej na jeden elektron.

15. Ile elektronów walencyjnych znajduje się wokół pojedynczego atomu w monokrysztale krzemu:

Cztery. 1s²2s²2p⁶3s²3p²

16. Czy elektron swobodny (nie związany z konkretnym atomem monokryształu) znajduje się w paśmie walencyjnym czy przewodnictwa:

W paśmie przewodnictwa.

17. Które elektrony są odpowiedzialne za przepływ prądu w materiale:

Elektrony znajdujące się paśmie przewodnictwa, czyli elektrony swobodne.

18. Co to jest dziura:

Dziura to miejsce po elektronie w paśmie walencyjnym, powstałe po jego przeskoku do pasma przewodnictwa. Dziura jest to nie obsadzony stan kwantowy elektronu, zachowuje się jak dodatni ładunek elektryczny

19. W jakim paśmie energetycznym mamy do czynienia z prądami dziurowymi:

W paśmie walencyjnym.

20. Opisz proces domieszkowania:

Domieszkowanie polega na wprowadzeniu do struktury kryształu pierwiastków dwu-, trój-, pięcio-, lub sześciowartościowych. Ponieważ w wiązaniach kowalencyjnych biorą udział cztery elektrony, więc w przypadku domieszki trójwartościowej pozostaje niezapełnione miejsce w powłoce walencyjnej czyli tzw. dziura, zaś w przypadku domieszki pięciowartościowej jeden nadmiarowy elektron.

21. Jaka jest różnica pomiędzy atomem z trzeciej i piątej grupy układu okresowego:

Atom z trzeciej grupy posiada trzy elektrony na powłoce walencyjnej, zaś z piątej grupy posiada tych elektronów pięć.

22. Jak inaczej nazywane są domieszki z trzeciej i piątej grupy układu okresowego:

Domieszki z trzeciej grupy nazywamy akceptorowymi, zaś z piątej grupy donorowymi.

23. Jak powstaje półprzewodnik typu n, a jak typu p:

Półprzewodnik typu p powstaje po dodaniu domieszek akceptorowych, a typu n po dodaniu domieszek donorowych.

24. W jaki sposób domieszkowanie zmienia położenie poziomu Fermiego:

Domieszkowanie akceptorowe powoduje obniżenie poziomu Fermiego (w kierunku wierzchołka pasma walencyjnego), zaś donorowe powoduje podwyższenie W_F (w kierunku dna pasma przewodnictwa).

25. Które z nośników są nośnikami większościowymi w półprzewodniku typu n, a które w półprzewodniku typu p:

W półprzewodniku typu n nośnikami większościowymi są elektrony, zaś w materiale typu p są to dziury.

26. Jaki mechanizm odpowiada za pojawienie się nośników większościowych:

Jonizacja.

27. Jaki mechanizm odpowiada za pojawienie się nośników mniejszościowych:

Generacja par dziura-elektron.

28. Jaka jest różnica pomiędzy półprzewodnikiem samoistnym i niesamoistnym (domieszkowym):

W półprzewodniku samoistnym ilość elektronów i dziur jest równa, zaś w półprzewodniku domieszkowanym ilość elektronów bądź dziur zależy od typu domieszkowania.

TRANSPORT NOŚNIKÓW W PÓŁPRZEWODNIKU

29. Kiedy mówimy o unoszeniu nośników, a kiedy o dyfuzji:

O unoszeniu nośników mówimy, gdy nośniki przemieszczają się pod wpływem pola elektrycznego, zaś o dyfuzji, gdy poruszają się pod wpływem gradientu koncentracji.

30. W jakim kierunku będzie poruszał się „ładunek próbny" w polu elektrycznym:

Ładunek próbny będzie się poruszał zgodnie z liniami sił pola elektrycznego.

31. W jakim kierunku będzie poruszał się elektron w polu elektrycznym

Elektron będzie się poruszał przeciwnie do linii sił pola elektrycznego.

32. Zdefiniuj prędkość termiczną elektronu i prędkość unoszenia:

Prędkość termiczna elektronów to ich średnia prędkość związana z temperaturą - elektrony w materiale poruszają się chaotycznie z wypadkową prędkością termiczną.

Prędkość unoszenia to dodatkowa prędkość, nadana ładunkowi przez pole elektryczne E, ponad prędkość wynikającą z równowagi termodynamicznej w określonej temperaturze. Prędkość ta rośnie z natężeniem pola elektrycznego, ale wzrost ten jest hamowany przez zderzenia (z defektami, domieszkami, fononami, innymi nośnikami ładunku itd.), aż do ustalenia się pewnej wyższej wartości, odpowiadającej równowadze dynamicznej (na którą wpływ ma przyłożone pole elektryczne).

33. Co to jest ruchliwość elektronów:

Jest to współczynnik proporcjonalności prędkości unoszenia zależny od średniego czasu pomiędzy zderzeniami i efektywnej masy elektronu.

34. Czy ruchliwość elektronów jest większa czy mniejsza od ruchliwości dziur w danym materiale:

Ruchliwość elektronów jest w danym materiale zawsze większa od ruchliwości dziur, gdyż przemieszczanie dziur to w rzeczywistości ruch elektronów.

35. Od czego zależy konduktywność materiału półprzewodnikowego:

Ruchliwość zależy od koncentracji domieszki oraz od temperatury.

36. Materiał półprzewodnikowy jest domieszkowany domieszkami donorowymi na poziomie 10^l7cm³. Która ze składowych konduktywności będzie większa - składowa elektronowa czy dziurowa:

Elektronowa.

37. Jak będzie zmieniała się konduktywność danego materiału półprzewodnikowego wraz ze wzrostem jego temperatury:

Będzie rosła.

38. Czy gradient koncentracji dn/dx, gdzie n - koncentracja, x - współrzędna przestrzenna jest wektorem czy skalarem:

Gradient koncentracji jest wektorem (skierowany w stronę wyższej koncentracji).

39. Jakim parametrem opisywany jest dyfuzyjny ruch nośników (cząstek) w danym materiale:

Dyfuzyjny ruch nośników opisany jest współczynnikiem dyfuzji D m²/s.

40. Jaka jest zależność pomiędzy parametrami opisującymi ruch nośników w półprzewodniku pod wpływem unoszenia i dyfuzji:

D/μ=kT/q- zależność ta nazywana jest zależnością Einsteina. Wiąże ona ze sobą dwie ważne stałe charakteryzujące przemieszczenie się swobodnych nośników w ciałach stałych dwoma sposobami - drogą unoszenia i drogą dyfuzji

41. W jakich warunkach w materiale półprzewodnikowym może powstać pole wbudowane:

W każdym obszarze półprzewodnika, w którym mamy do czynienia z nierównomierną koncentracją domieszek musi pojawić się pole elektryczne (zwane wbudowanym), które będzie przeciwdziałało dyfuzyjnemu przepływowi nośników.

ZŁĄCZE P-N, DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

42. Co to jest złącze p-n:

Złącze p-n są to dwie próbki materiału półprzewodnikowego typu n i p połączone ze sobą w specjalnym procesie technologicznym.

43. Wyjaśnij na czym polega zjawisko dyfuzji:

Zjawisko dyfuzji nośników polega na przepływie dziur z obszaru p do n i elektronów z n do p.

44. Wyjaśnij, jak powstaje obszar opróżniony z nośników (obszar złącza):

W wyniku dyfuzyjnego przepływu nośników większościowych (elektrony z n do p, dziury z p do n) obszar w pobliżu złącza zostaje zubożony w nośniki. W rezultacie przyjmujemy, że obszar pomiędzy współrzędnymi -x_p i +x_n jest pozbawiony całkowicie nośników i nazywamy go zubożonym.

45. Opisz właściwości obszaru opróżnionego z nośników (obszar złącza):

Powstałe pole elektryczne w obszarze zubożonym powoduje unoszenie elektronów i dziur w kierunku przeciwnym do dyfuzyjnych prądów elektronów i dziur. Strumienie te muszą się kompensować w złączu niespolaryzowanym.

46. Wyjaśnij mechanizm powstawania bariery potencjału (napięcia dyfuzyjnego) w złączu:

W wyniku przesunięcia dna pasma przewodnictwa lub wierzchołka pasma walencyjnego w materiale o przeciwnym typie przewodnictwa na złączu p-n pojawia się pewne napięcie, nazywane napięciem dyfuzyjnym lub barierą potencjału.

47. Podaj typową wartość napięcia dyfuzyjnego z krzemowym złączu p-n:

0,7 V.

48. Podaj typowe wartości napięcia dyfuzyjnego w germanowym złączu p-n i złączu wykonanym w arsenku galu:

Ge - 0,3-0,4 V, GaAs - 1,0-1,2 V.

49. Podaj sposób polaryzacji złącza p-n w kierunku przewodzenia:

Biegun dodatni do obszaru p, a ujemny do n.

50. Opisz zmiany w obrazie pasm, w modelu pasmowym złącza, przy polaryzacji w kierunku przewodzenia:

• poziom Fermiego wzrasta o wartość ΔW=qU

• prądy unoszenia nie są w stanie poradzić sobie z prądami dyfuzji

• całkowite napięcie na warstwie zubożonej w nośniku ulega zmniejszeniu, w rezultacie:

• maleje oddziaływanie pola elektrycznego ograniczającego dyfuzję nośników większościowych

• wzrost napięcia zewnętrznego polaryzującego to złącze powinien skutkować wzrostem prądu dyfuzji przepływającego przez złącze p-n

• Podaj sposób polaryzacji złącza p-n w kierunku zaporowym:

Biegun ujemny do obszaru p, a dodatni do p.

52. Opisz zmiany w obrazie pasm, w modelu pasmowym złącza, przy polaryzacji w kierunku zaporowym:

• całkowite napięcie na złączu jest równe sumie napięcia zewnętrznego polaryzującego złącze i napięcia dyfuzyjnego

• pole elektryczne będzie przeciwdziałało dyfuzji nośników większościowych - w konsekwencji prądy dyfuzji przy takiej polaryzacji znikają praktycznie dla napięć zewnętrznych na poziomie dziesiętnych części wolta

• prądy unoszenia, czyli prądy ładunków mniejszościowych będą przepływały przez złącze bez przeszkód.

• Porównaj szerokość obszaru zubożonego w złączu przy polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia oraz zaporowym:

Szerokość obszaru zubożonego przy polaryzacji w kierunku przewodzenia jest mniejsza niż dla polaryzacji w kierunku zaporowym.

54. Przy jakiej wartości napięcia polaryzującego złącze p-n w kierunku przewodzenia obszar zubożony złącza „znika":

Obszar zubożony zanika dla napięcia polaryzującego równego potencjałowi dyfuzyjnemu.

55. Przy jakiej polaryzacji przez złącze płyną prądy nośników większościowych:

Prąd płynący przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia jest sumą prądów nośników większościowych płynących z poszczególnych obszarów złącza.

56. Przy jakiej polaryzacji, przez złącze płyną prądy nośników mniejszościowych:

Prąd płynący przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym jest sumą prądów nośników mniejszościowych płynących z poszczególnych obszarów złącza.

57. W jakim momencie w złączu p-n pojawia się „przebicie":

Przebicie pojawia się, gdy na skutek odpowiedniej polaryzacji złącza doprowadzimy do takiego przesunięcia poziomów energetycznych w poszczególnych obszarach, że naprzeciwko obsadzonych poziomów pasma walencyjnego znajdują się nieobsadzone poziomy pasma przewodnictwa. W tej sytuacji możliwe jest przejście tunelowe przez barierę bez zmiany energii elektronów do pasma przewodnictwa.

58. Wyjaśnij dlaczego na charakterystyce prądowo-napięciowej złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia pojawia się „punkt przegięcia":

Punkt przegięcia pojawia się na charakterystyce dla napięcia polaryzacji w kierunku przewodzenia równego potencjałowi dyfuzyjnemu, ponieważ w tym momencie następuje zanik warstwy zubożonej złącza - nic nie wstrzymuje przepływu nośników większościowych.

59. W którym obszarze charakterystyki prądowo-napięciowej, przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, złącze zazwyczaj pracuje:

Przy takiej polaryzacji złącze pracuje w obszarze napięcia polaryzacji wyższego od potencjału dyfuzyjnego.

60. Które z napięć (parametry definiujące złącze) jest większe - napięcie dyfuzyjne czy napięcie przebicia:

Napięcie przebicia jest większe od napięcia dyfuzyjnego. Napięcie przebicia Zenera występuje przy wartości ok. 5 V, natomiast napięcie dyfuzyjne np. dla krzemu wynosi 0,7 V.

61. W jakim obszarze charakterystyki prądowo-napięciowej zazwyczaj pracuje spolaryzowane w kierunku zaporowym złącze p-n:

Przy takiej polaryzacji złącze pracuje w obszarze napięcia od napięcia przebicia do zera.

62. Co stanie się z wartością napięcia dyfuzyjnego, gdy wzrośnie temperatura pracy złącza:

Napięcie dyfuzyjne zmaleje przy wzroście temperatury, gdyż jest odwrotnie zależne od ilości nośników samoistnych, która z kolei jest zależne od temperatury.

63. W jakich dwóch stanach może pracować dioda:

Dioda może pracować w stanie przewodzenia i zaporowym.

64. Jakim elementem można najprościej opisać pracę diody (model idealny)

Idealnym modelem diody jest klucz.

65. Aby dokładniej opisać pracę diody półprzewodnikowej jaki dodatkowy element należy uwzględnić w modelu diody idealnej (model praktyczny):

Należy uwzględnić źródło napięciowe, włączone szeregowo z kluczem tak, żeby jego biegun dodatni stanowił anodę diody, o wartości napięcia dyfuzyjnego.

66. Zdefiniuj pojęcie „rezystancji różniczkowej r_r" diody:

r_r=dU/dI=mΦ_T/I

Rezystancja różniczkowa określa wartość rezystancji, jaką posiada dioda w danym punkcie pracy dla amplitudy napięcia mniejszej od kT/q=25mV (T=300K). Określamy ją z charakterystyki prądowo-napięciowej.

67. W którym obszarze charakterystyki prądowo-napięciowej diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia rezystancja różniczkowa przyjmuje niewielkie, rzędu kilku omów, wartości:

Rezystancja różniczkowa przyjmuje najmniejsze wartości w obszarze charakterystyki za punktem przegięcia, czyli tam, gdzie natężenie prądu znacząco rośnie dla małych wartości wzrostu napięcia, czyli np. dla diody krzemowej powyżej napięcia przewodzenia równego 0,7 V.

68. Przedstaw różnicę pomiędzy pojemnością złączową a dyfuzyjną:

Pojemność dyfuzyjna jest związana ze zmianami ładunku nadmiarowych nośników mniejszościowych w bazie złącza (typ n), zaś pojemność złączowa jest związana z istnieniem w obszarze złącza nieskompensowanego ładunku zjonizowanych atomów domieszek.

69. Narysuj pełny schemat zastępczy diody liniowy dynamiczny w zakresie średnich częstotliwości:

70. W jakim obszarze charakterystyki prądowo-napięciowej pracuje dioda Zenera:

Dioda Zenera pracuje w zakresie przebicia wstecznego.

71. Jakie wspólną cechę ma prąd Zenera i prąd Esakiego:

Prądy Zenera i Esakiego są prądami tunelowymi, tzn. przenoszenie nośników z jednego pasma do drugiego odbywa się bez zmiany energii.

72. Czym różni się prąd Zenera od prądu Esakiego:

Prąd Zenera polega na tunelowym przejściu elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa, natomiast prąd Esakiego (jest to specyficzna właściwość złącza p-n) polega na tunelowym przejściu elektronów z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego. Możliwość przepływu tego prądu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego wynika z istnienia w paśmie walencyjnym nieobsadzonych poziomów energetycznych.

73. Wyjaśnij pochodzenie nazwy VARACTOR. {variable-capacitance diodę)

74. Przy jakiej polaryzacji dioda waraktorowa powinna pracować

75. Jaki obszar diody odpowiada za pojawienie się pojemności w diodzie:

Obszar złącza odpowiada za pojawienie się pojemności złączowej.

76. Jak zmienia się pojemność diody przy wzroście napięcia polaryzującego w kierunku zaporowym:

Maleje.

TRANZYSTORY BIPOLARNE

77. Wymień nazwy dwóch podstawowych typów tranzystorów bipolarnych złączowych, które wynikają z ich konstrukcji:

p-n-p i n-p-n.

78. Jakie nazwy noszą trzy wyprowadzenia tranzystora bipolarnego:

Baza B, emiter E i kolektor C.

79. Nazwij i opisz elementy separujące trzy obszary tranzystora bipolarnego:

Złącze baza-emiter (jego zadaniem jest wprowadzanie do bazy nośników mniejszościowych) i baza-kolektor (przenoszenie nośników mniejszościowych do obszaru kolektora).

80. Jak powinny być spolaryzowane złącza tranzystora bipolarnego, złącze baza-emiter i złącze baza-kolektor przy pracy tranzystora jako wzmacniacz:

Złącze B-E musi być spolaryzowane w kierunku przewodzenia, zaś B-C w kierunku zaporowym.

81. Podaj nazwy i umowne kierunki przepływu trzech prądów płynących w tranzystorze n-p-n:

Prąd emitera I_E wypływa z tranzystora, zaś prądy bazy I_B i kolektora I_C wpływają do niego.

82. Który z trzech prądów tranzystora bipolarnego jest największy?

Największy jest prąd emitera, gdyż jest sumą dwóch pozostałych.

83. Czy prąd bazy jest większy czy mniejszy od prądu kolektora?

Dużo mniejszy.

84. Jakie wymiary powinien mieć i jak powinien być domieszkowany obszar bazy w prawidłowo zaprojektowanym i wykonanym tranzystorze?

Obszar bazy powinien być możliwie wąski (mały czas przelotu nośników) i słabo domieszkowany. Jeżeli tranzystor ma być dryftowy, to powinien być domieszkowany nierównomiernie, by wytworzyć pole wbudowane.

85. Jeżeli prąd kolektora wynosi 1 mA natomiast prąd bazy wynosi 10 uA, podaj wartość prądu emitera.

I_E=I_B+I_C=1*10^-3A+10*10^-6A=1,01mA

86. Zdefiniuj parametry β_DC oraz α_DC. Co to jest h_FE?

Współczynnik wzmocnienia prądowego β_DC jest stosunkiem ilości nośników wstrzykiwanych do kolektora do ilości nośników w bazie:

β_DC=I_C/I_B (20÷200)

Współczynnik wzmocnienia prądowego α_DC jest stosunkiem ilości nośników przechodzących do kolektora do ilości nośników wstrzykiwanych z emitera do bazy:

α_DC=I_C/I_E (0,95÷0,99)

h_FE jest to wzmocnienie prądowe (Forward Current Gain) w układzie wspólny emiter WE i wyraża się wzorem:

h_FE=Δi_C/Δi_B=α_AC (nie przekracza 1)

87. Jeżeli wzmocnienie prądu stałego (DC) w tranzystorze bipolarnym wynosi 100, to określ wartość parametru β_DC i α_DC:

β_DC=100

α_DC=β_DC/(β_DC+1)=0,99

88. W jakich trzech podstawowych układach może pracować tranzystor bipolarny:

Wspólny emiter, baza i kolektor.

89. W jakich czterech stanach pracy może znajdować się tranzystor bipolarny:

Aktywny normalny, aktywny inwersyjny, nasycenia i zatkania.

90. W jakim układzie współrzędnych (wielkości na osi X i osi Y) są rysowane charakterystyki wyjściowe (kolektorowe) tranzystora pracującego w układzie WE:

X - U_CE, Y - I_C.

91. Podaj ograniczenia dozwolonego obszaru pracy tranzystora bipolarnego (pracującego w układzie WE) na polu charakterystyk wyjściowych:

U_CE(SAT)<U_CE<U_CE(MAX), ICE0<I_C<I_C(MAX).

92. Narysuj układ, w którym tranzystor jest wykorzystywany jako element przełączający „klucz”:

93. Jeżeli tranzystor pracuje jako element przełączający „klucz", to w jakich warunkach prąd kolektora będzie maksymalny:

I_C=(U_CC-U_CE(SAT))/R_C U_CE(SAT)=0⇒I_CMAX=U_CC/R_C

94. Jeżeli tranzystor pracuje jako element przełączający „klucz", kiedy prąd kolektora będzie w przybliżeniu wynosił zero:

Prąd kolektora będzie w przybliżeniu równy zero, gdy tranzystor będzie w stanie odcięcia (w stanie, w którym złącze emiter-baza oraz złącze baza-kolektor spolaryzowane są w kierunku zaporowym).

I_C=I_C0=0 U_CE=U_CC

95. Jeżeli tranzystor pracuje jako element przełączający „klucz”, to w jakich warunkach U_CE=U_CC:

Patrz 94.

96. Jeżeli tranzystor pracuje jako element przełączający „klucz”, to kiedy U_CE będzie miało minimalną wartość:

Jeżeli tranzystor pracuje w stanie nasycenia, czyli oba złącza spolaryzowane są w kierunku przewodzenia.

97. Zdefiniuj prądy zerowe tranzystora bipolarnego I_CE0 oraz I_CB0:

I_CB0 to prąd złącza B-C spolaryzowanego zaporowo przy braku polaryzacji emitera. I_CE0 to prąd złącza C-E spolaryzowanego zaporowo przy braku polaryzacji bazy.

98. Podaj zależność pomiędzy prądem I_CE0 oraz I_CB0:

I_CE0≈βI_CB0.

TRANZYSTORY POLOWE ZE ZŁĄCZEM P-N (JFET)

99. Podaj nazwy trzech wyprowadzeń tranzystora polowego:

G - bramka, D - dren i S - źródło.

100. Dokonaj podziału tranzystorów JFET ze względu na rodzaj kanału:

p-kanałowy i n-kanałowy.

101. Jak powinna być spolaryzowana, względem źródła, bramka tranzystora JFET (U_GS=?), gdy kanał jest typu n:

Ujemnie - U_GS<0.

102. Jak powinna być spolaryzowana, względem źródła, bramka tranzystora JFET (U_GS=?), gdy kanał jest typu p:

Dodatnio - U_GS>0.

103. W jaki sposób w tranzystorze JFET kontrolowany jest przepływ prądu przez kanał:

Przepływ prądu przez kanał jest kontrolowany poprzez napięcie U_GS.

104. W jakich trzech stanach pracy może znajdować się tranzystor JFET:

Nienasycenia (liniowym), nasycenia i zatkania.

105. W tranzystorze JFET wartość napięcia polaryzującego bramkę względem źródła U_GS jest równa zero. Ile wynosi wartość prądu przepływającego pomiędzy źródłem i drenem - I_D:

I_D=I_D(SAT).

106. Jakim napięciem należy spolaryzować bramkę względem źródła (U_GS=?), aby zamknąć kanał pomiędzy źródłem i drenem (I_D=0) w n-kanałowym tranzystorze JFET?

U_GS(OFF)<U_GS<0.

107. Jakim napięciem należy spolaryzować bramkę względem źródła (U_GS=?), aby zamknąć kanał pomiędzy źródłem i drenem (I_D=0) w p-kanałowym tranzystorze JFET?

0<U_GS< U_GS(OFF).

108. Zdefiniuj pojęcie napięcia odcięcia U_GS w tranzystorze JFET:

Jest to takie napięcie pomiędzy bramką a źródłem, dla którego I_D=0.

109. Zdefiniuj pojęcie napięcia nasycenia U_GS(SAT)=U_p (pinch-off voltage):

To wartość napięcia pomiędzy drenem a źródłem, dla którego I_D osiąga stałą wartość prądu nasycenia I_DSS.

110. Jaką wartość będzie miał prąd płynący pomiędzy źródłem a drenem, jeżeli napięcie U_DS>U_p:

Ma wartość stałą równą I_DSS.

111. W jakim zakresie można sterować prądem I_D W tranzystorze JFET:

0<I_D<I_DS(SAT).

TRANZYSTORY POLOWE TYPU MOS

112. Wyjaśnij, co oznacza nazwa MIS oraz MOS:

Skróty te opisują strukturę tranzystora: MIS - Metal-Isolator-Semiconductor, MOS - Metal-Oxide-Semiconductor.

113. Zdefiniuj pojęcie pracy wyjścia z półprzewodnika (metalu):

(?).

114. Korzystając z modelu pasmowego struktury MOS wyjaśnij pojęcia „akumulacji”, „zubożenia” oraz „inwersji”:

Akumulacja to nagromadzenie nośników większościowych w obszarze przypowierzchniowym. Zubożenie to wymiecenie nośników większościowych z obszaru przewodnictwa. Inwersja to zmiana typu przewodnictwa w obszarze przypowierzchniowym.

115. Wyjaśnij przebieg charakterystyki pojemnościowo-napięciowej (C-U) struktury MOS:

116. Podaj dwa podstawowe typy tranzystorów MOS:

D-MOSFET i E-MOSFET.

117. Opisz w jaki sposób kontrolowany jest przepływ prądu w tranzystorze typu MOS:

Prąd I_D jest kontrolowany poprzez napięcie U_GS.

118. Jak jest podstawowa różnica w konstrukcji tranzystora MOS z kanałem zubożanym (depletion - zubożony) D-MOSFET oraz z kanałem wzbogacanym (enhancement - wzbogacany) E-MOSFET:

E-MOSFET nie ma fizycznie wykonanego kanału pomiędzy źródłem a drenem, kanał można uformować jedynie poprzez odpowiednią polaryzację bramki. W D-MOSFET istnieje fizycznie łączący obszar źródła i drenu (kanał).

119. Jeżeli w tranzystorze MOS z kanałem zubożanym (D-MOSFET) napięcie bramka-źródło wynosi zero (U_GS=0V), to jaką wartość będzie miał prąd płynący pomiędzy źródłem i drenem I_D:

I_D=I_DSS.

120. Jeżeli w tranzystorze D-MOSFET z kanałem typu n ujemna polaryzacja bramki względem źródła (U_GS) będzie się zwiększała (bezwzględna wartość ujemnego napięcia na bramce rośnie), to jak będzie zmieniać się wartość prądu płynącego pomiędzy źródłem i drenem - I_D:

I_D będzie maleć do zera.

121. Jeżeli w tranzystorze D-MOSFET z kanałem typu n ujemna polaryzacja bramki względem źródła (-U_GS) będzie się zwiększała (bezwzględna wartość ujemnego napięcia na bramce rośnie), to jak będzie zmieniać się wartość prądu płynącego pomiędzy źródłem i drenem - I_D:

I_D będzie wzrastać od wartości I_DSS.

122. Jeżeli w tranzystorze D-MOSFET z kanałem typu p dodatnia polaryzacja bramki względem źródła (+U_GS) będzie się zwiększała (wartość dodatniego napięcia na bramce rośnie) jak będzie zmieniać się wartość prądu płynącego pomiędzy źródłem i drenem I_D:

I_D będzie maleć do zera.

123. Zdefiniuj pojęcie napięcia odcięcia (w tranzystorze D-MOSFET) U_GS(OFF) (cut-off voltage):

Jest to taka wartość napięcia pomiędzy bramką a źródłem, dla którego I_D jest równe zero.

124. Jeżeli w tranzystorze MOS z kanałem wzbogacanym (E-MOSFET) napięcie bramka-źródło wynosi zero (U_GS=0 V) określ, jaką wartość będzie miał prąd płynący pomiędzy źródłem i drenem I_D:

I_D=0.

125. W tranzystorze E-MOSFET zdefiniuj pojęcie napięcia progowego U_GS(TH) (threshold voltage):

Jest to takie napięcie pomiędzy bramką a źródłem, dla którego zaczyna płynąć prąd drenu I_D.

126. W tranzystorze E-MOS z indukowanym kanałem typu n określ jakim napięciem należy spolaryzować bramkę względem źródła (U_GS=?) aby „otworzyć kanał" pomiędzy źródłem i drenem:

U_GS<0.

127. W tranzystorze E-MOS z indukowanym kanałem typu p określ jakim napięciem należy spolaryzować bramkę względem źródła (U_GS=?) aby „otworzyć kanał" pomiędzy źródłem i drenem:

U_GS>0.

---