Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Dióda.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Dióda."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Dióda karakterisztikák

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Dióda karakterisztikák ► Az ideális diódakarakterisztika ► Másodlagos hatások

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 3 Az ideális dióda karakterisztika Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 4 Az ideális dióda karakterisztika I 0 a kisebbségi hordozó sűrűséggel arányos! I0I Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 5 Az ideális dióda karakterisztika PÉLDA Egy Si dióda telítési árama I 0 = A. Mekkora a nyitófeszültség, ha az áram 10 mA? PÉLDA Mennyivel kell a nyitó feszültséget növelnünk ahhoz, hogy a nyitó áram tízszeres legyen? Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 6 Másodlagos jelenségek ► Soros ellenállás ► Generációs áram ► Letörési jelenségek (később) ► Rekombinációs áram (csak említjük) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 7 Másodlagos jelenségek A soros ellenállás Nagy áramoknál jelentkezik. Oka : Megoldás: epitaxiális szerkezet Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 8 Másodlagos jelenségek A soros ellenállás Számítsuk ki a dióda soros ellenállását a 100 o C karakterisztika alapján! PÉLDA UU II Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 9 Másodlagos jelenségek A generációs áram A záró tartományban elvileg amiből pA nagyságrend adódna. A tapasztalat: Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 10 Másodlagos jelenségek A rekombinációs áram A nyitó tartományban fellépő, kis áramoknál jellemző jelenség A jelenség indirekt sávú félvezetőkre az ún. Shockley-Read-Hall modell alapján jól leírható. UFUF log I F ~ exp(U/U T ) ~ exp(U/2U T ) m: nem-idealitási faktor 1..2 között Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 11 Dióda kapacitásai ► Tértöltés kapacitás ► Diffúziós kapacitás Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 12 A dióda kapacitásai Tértöltési kapacitás a záró tartományban domináns Diffúziós kapacitás csak a nyitó tartományban van Értelmezés: differenciálisan, adott nyitóáram/feszültség mellett Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 13 A dióda kapacitásai A tértöltés kapacitás Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 14 A dióda kapacitásai A diffúziós kapacitás Hol vannak a szemben álló töltések? Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 15 A dióda kapacitásai A diffúziós kapacitás Káros! Lassítja a működést. Csökkenthető:  csökkentés, keskenybázisú dióda Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 16 A dióda kapacitásai PÉLDA Számítsuk ki a Si dióda tértöltési kapacitását, ha a kiürített réteg szélessége 0,33  m és a dióda felülete 0.02 mm 2. Számítsuk ki a diffúziós kapacitást ha a dióda árama I=1 mA és ha  =100 ns Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 17 A dióda kapacitásai Nagyságrendek: C T 1-10 pF C D nF-ok (egy kisteljesítményű diódára) Hasznosítás: C T rezgőkör hangolás, erősítés mikrohullámon C D Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 18 Munkapont ► DC munkapont szerkesztése ► Munkaponti linearizálás, kisjelű működés ► Differenciális ellenállás, kapacitás ► Modellek Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 19 ► Karakterisztika: a dióda egyenlet által meghatározott, összetartozó áram-feszültség értékek, amelyek a működés közben előfordulhatnak. ► Valós működés közben egy dióda vagy bármely más nemlineáris elem a karakterisztika egy adott pontjában működik – ez a munkapont. ► A munkapontot a diódát befoglaló áramkör elemei is meghatározzák. A munkapont Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 20 A munkaegyenes szerkesztése A probléma: egy lineáris és egy nemlineáris elem soros kapcsolása Grafikus megoldás U+U+ I U U + /R UDUD URUR I=U R /R U+U+ R UDUD Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 21 A munkaegyenes szerkesztése Hogyan változik a munkapont, ha az U + telepfeszültséget növeljük? A munkaegyenes önmagával párhuzamosan eltolódik U+U+ I U U + /R UDUD URUR U+U+ R UDUD I=U R /R Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 22 A munkaegyenes szerkesztése Hogyan változik a munkaegyenes, ha R változik? Elfordul az U + pont körül: változik a meredeksége U+U+ I U U+/RU+/R U+/R2U+/R2 U+/R1U+/R1 U+U+ R UDUD I=U R /R Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 23 A dióda nagyjelű helyettesítőképe Ilyen a számítógépi dióda-modell topológiája. Kellenek még: modell egyenletek (pl. I=I 0 (exp(U/U T )-1) modell paraméterek (pl. I 0, r s, stb.) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 24 linearizálhatjuk Munkaponti linearizálás Kis változások esetére a munkapontban linearizálhatjuk a karakterisztikát U+U+ R UDUD I=U R /R U+U+ I U U + /R UDUD URUR I=U R /R Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 25 M A dióda kisjelű működése A munkapont fogalma IMIM IMIM I U u(t) u1u1 t i1i1 i1i1 i(t) t Kisjelű: linearizált vizsgálat, a váltakozó komponensre Meddig kisjelű? r diff munkapont függő! Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 26 A dióda differenciális ellenállása Nyitó tartomány, I >> I 0 : Ha a soros ellenállással is számolunk: Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 27 A dióda differenciális ellenállása PÉLDA Egy dióda soros ellenállása 2 Ohm. Számítsuk ki a differenciális ellenállását az I=1 mA, 10 mA, 100 mA munkapontokban! Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 28 A dióda kisjelű helyettesítőképe Az elemek munkapont-függőek! Emlékeztető: Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 29 Hőmérséklet- függés Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 30 A működés hőmérsékletfüggése ► A karakterisztika erős hőmérsékletfüggést mutat. ► Ennek oka: a kisebbségi töltéshordozók koncentrációjának hőmérsékletfüggése.  Nyitó feszültség: U F adott I F esetében kb. 2 mV-tal csökken 1  C hőmérsékletemelkedés hatására lineáris hőmérsékletfüggés nagy tartományban: hőmérsékletmérésre alkalmas  Záró feszültség: I R adott U R esetében kb. 7-10%-kal változik 1  C hőmérsékletváltozás hatására (10  C-onként duplázódik) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 31 Emlékeztető: 7.5% / o C 15% / o C I rek /I dióda -t majd kísérletileg is megvizsgáljuk Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 32 A működés hőmérsékletfüggése Nyitó tartomány: Záró tartomány: Si diódánál I R ~ n i   1,15  1,075  7,5 %/ o C Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 33 A működés hőmérsékletfüggése Nyitó tartomány: PÉLDA U=700 mV, Si, dU/dT=? Vessük össze a karakterisztikával! Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 34 A munkapont hőmérsékletfüggése IMIM UDUD I U IMIM UDUD UDUD kb. -2mV/ o C Kényszerített áram mellett a pn átmenet nyitófeszültsége nagyon jó hőmérséklet-érzékelő... Az érzékenység enyhén függ az I M munkaponti áramtól. Ezt majd kísérletileg is megvizsgáljuk Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 35 A dióda kapcsoló működése Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 36 Diódás vágó áramkörök De itt a diódát ideálisnak tekintettük! Mi változik, ha nem az? U ki (t)= 0, ha U be (t)  0 U be (t), ha U be (t)  Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 37 Diódás vágó áramkörök A bemeneti és a kimeneti feszültség kapcsolata: Transzfer karakterisztika Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 38 Diódás vágó áramkörök Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 39 Tranziens jelenségek Gyors átkapcsolás a nyitó tartományból a záróba: a kapacitások miatt a dióda még véges ideig vezet. Ez a záróirányú feléledési jelenség Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 40 Záró irányú feléledés Záróirányú feléledési idő Reverse recovery time t rr (2-3 ns egy gyors diódára) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 41 A dióda tranziens működése A diffúziós egyenlet: Ebből számoltuk n(x,t)-t Egyszerűsítünk: n(x,t) helyett a Q(t) össztöltéssel számolunk Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 42 A dióda tranziens működése A töltésegyenlet Az áram két dologra fordítódik: rekombináció pótlása töltés növekmény/fogyás Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 43 Letörési jelenségek ► Lavina letörés ► Zener átütés Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 44 Letörési jelenségek Oka két fizikai jelenség egyike: Lavina letörés Zener átütés Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 45 A lavina letörés M a sokszorozási tényező U L a gyengébben adalékolt oldaltól függ: Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

46 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 46 A Zener letörés Fizikai ok: az alagúthatás Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

47 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 47 Letörési jelenségek Szilíciumnál 6V alatt Zener, fölötte lavina. U L ~N -1 U L ~N -0.7 A két mechanizmus összehasonlítása Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

48 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 48 Letörési jelenségek Felhasználás: a Zener-dióda Feszültség referencia Feszültség stabilizálás (kis fogyasztásnál) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

49 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 49 Letörési jelenségek A Zener diódák hőmérséklet függése A legjobb: az 5V körüli dióda (Si diódáról van szó) Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

50 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 50 Gyakorlati kérdések ► Kivitel ► Adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

51 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 51 Kisáramú Nagyáramú (Az integrált áramköri kivitelről majd később beszélünk) A diódák gyakorlati kivitele Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

52 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 52 Az adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

53 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 53 Az adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

54 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 54 Az adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

55 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 55 0  100 o C 6,5  1200 nA (1200/6,5)^0.01= ,4 %/ o C Az adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

56 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 56 Az adatlapok Mikroelektronika - A pn átmenet működése: Karakterisztikák © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Dióda."

Hasonló előadás


Google Hirdetések