Bauelemente Der Halbleiterelektronik: Teil 1 Grundlagen, Dioden Und Transistoren

ISBN-13: 9783519064183 / Niemiecki / Miękka / 1976 / 236 str.

Moeller

Opis

Die Elektronik hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten so sturmisch entwickelt wie wohl kaum ein anderer Bereich der Elektrotechnik. Dabei waren es vor allem die Fortschritte der Festkorper- und Halbleiterphysik, die diese Entwicklung vorantrieben. Wahrend in den funfziger Jahren die Schaltungstechnik in zunehmendem Masse den ubergang von Rohren- zu Transistorschaltungen vollzog, wurde in den sechziger Jahren als weiterer Fortschritt der Einsatz von integrierten Schaltkreisen erreicht. Im Bereich der integrierten Schaltkreise ist jetzt eine Entwicklung zu beobachten, die - bedingt durch eine verbesserte Halbleitertechnologie - zur Herstellung immer komplexerer integrierter Halbleiter schaltungen fuhrt. Dies hat eine weitgehende Verringerung des Raumbedarfs elektroni scher Schaltungen zur Folge und fuhrt gleichzeitig zur Steigerung ihrer Leistungsfahig keit. Sowohl elektronische Grossrechner als auch besonders kleine elektronische Tisch rechner zeugen vom hohen Stand dieser Schaltungstechnik. Neben dieser Entwicklung hochintegrierter Halbleiterschaltungen wurde in den letzten zehn Jahren eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen mit speziellen Eigenschaften ent wickelt, die es erst ermoglichten, fur viele Schaltungsprobleme besonders einfache und deshalb effektive Losungen zu finden. Obwohl sich einerseits bei der Entwicklung neuer Halbleiterbauelemente bereits eine gewisse Sattigung abzeichnet, sind jedoch anderer seits viele dieser Bauelemente noch nicht in die Lehrbucher der Technischen Universi taten und Fachhochschulen eingegangen. Ziel dieses Buches ist es deshalb, eine Ubersicht uber die derzeit zur Verfugung stehenden Halbleiterbauelemente zu geben und ihren physikalischen Aufbau, ihre Wirkungsweise und ihre Anwendungsmoglichkeiten darzustellen."

Spis treści

1 Physikalische Grundlagen der Stromleitung in Festkörpern.- 1.1 Atomarer Aufbau der halbleitenden Elemente.- 1.1.1 Bohrsches Atommodell.- 1.1.2 Einordnung der Halbleiter in das periodische System.- 1.2 Kristallaufbau der Halbleiter.- 1.3 Bändermodell des Festkörpers.- 1.4 Eigenleitung der Halbleiter.- 1.4.1 Inversionsdichte.- 1.4.2 Leitfähigkeit von Halbleitern.- 1.4.2.1 Leitungsmechanismus. 1.4.2.2 Berechnung der Leitfähigkeit. 1.4.2.3 Isolator, Halbleiter und Metall.- 1.5 Störstellen-Halbleitung.- 1.5.1 N-Halbleiter (Überschußleiter).- 1.5.2 P-Halbleiter (Defektleiter).- 1.5.3 Dotierungsgrad.- 2 Halbleiterdioden.- 2.1 PN-Übergang.- 2.1.1 Allgemeine Beschreibung.- 2.1.2 Berechnung der Diffusionsspannung.- 2.1.3 Bändermodell des PN-Übergangs.- 2.1.4 Berechnung der Kennlinie des PN-Übergangs.- 2.1.4.1 Berechnung der Trägerdichten am PN-Übergang. 2.1.4.2 Berechnung des Stroms.- 2.2 Diskussion der Diodenkennlinie.- 2.2.1 Durchlaßbereich.- 2.2.2 Sperrbereich.- 2.3 Temperaturabhängigkeit von Sperrstrom und Durchlaßspannung.- 2.3.1 Temperaturabhängigkeit des Sperrstroms.- 2.3.2 Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung.- 2.4 Schalt- und Frequenzverhalten.- 2.4.1 Sperrschichtkapazität.- 2.4.2 Diffusionskapazität.- 2.4.3 Verhalten beim Ein- und Ausschalten der Durchlaßspannung.- 2.5 Kennwerte und Bauformen.- 2.5.1 Kennzeichnung von Halbleitern.- 2.5.2 Gehäuseformen von Dioden.- 2.6 Gleichrichterschaltungen mit Halbleiterdioden.- 2.6.1 Einsatz von Siliziumdioden als Gleichrichter.- 2.6.2 Gleichrichterschaltungen mit reiner Wirklast.- 2.6.3 Gleichrichterschaltungen mit Ladekondensator.- 3 Halbleiterdioden mit besonderen Eigenschaften.- 3.1 Z-Dioden.- 3.1.1 Wirkungsweise.- 3.1.1.1 Zener-Effekt. 3.1.1.2 Lawineneffekt.- 3.1.2 Kennlinie.- 3.1.3 Bauformen, Kennzeichnung und Eigenschaften.- 3.1.4 Anwendungen.- 3.1.4.1 Spannungsstabilisierung. 3.1.4.2 Doppelte Stabilisierung. 3.1.4.3 Spannungsbegrenzung.- 3.2 Tunnel-Dioden.- 3.2.1 Wirkungsweise.- 3.2.2 Eigenschaften.- 3.2.3 Anwendungen.- 3.2.3.1 Tunnel-Diode als Impulsgenerator. 3.2.3.2 Tunnel-Diode als Verstärker oder Oszillator hochfrequenter Wechselspannungen.- 3.3 Backward-Dioden.- 3.3.1 Wirkungsweise.- 3.3.2 Kennlinie, Bauform und Anwendung.- 3.4 Spitzen-Dioden.- 3.4.1 Eigenschaften.- 3.4.2 Anwendung.- 3.5 Hot-carrier-Dioden.- 3.5.1 Metall-Halbleiterkontakt.- 3.5.2 Eigenschaften und Aufbau.- 3.5.2.1 Kennlinie. 3.5.2.2 Ersatzschaltung. 3.5.2.3 Durchbruchsspannung und Sperrstrom. 3.5.2.4 Verlustleistung. 3.5.2.5 Technologischer und mechanischer Auf bau.- 3.5.3 Anwendungen.- 3.5.3.1 Schnelles Diodentor. 3.5.3.2 Modulation. 3.5.3.3 Kleinsignal-Detektor.- 3.6 Kapazitäts-Dioden.- 3.6.1 Wirkungsweise.- 3.6.2 Eigenschaften und Bauformen.- 3.6.3 Anwendungen.- 3.6.3.1 Abstimmung eines Schwingkreises. 3.6.3.2 Abstimmung mit einer Doppeldiode.- 3.7 Varaktor-Dioden.- 3.7.1 Wirkungsweise und Aufbau.- 3.7.2 Anwendungen.- 3.7.2.1 Frequenzvervielfacher. 3.7.2.2 Parametrischer Verstärker.- 3.8 Step-recovery-Dioden.- 3.8.1 Wirkungsweise und Aufbau.- 3.8.2 Berechnung der gespeicherten Ladung und der Speicherzeit.- 3.8.3 Statische und dynamische Kennlinien.- 3.8.4 Impulsformung.- 3.8.4.1 Impulsaufsteilung. 3.8.4.2 Rechteckimpulsgenerator. 3.8.4 3 Mehrstufige Impulsaufsteilung.- 3.8.5 Frequenzvervielfacher.- 3.8.5.1 Step-recovery-Impulsgenerator. 3.8.5.2 Resonanzkreis für die Ausgangsfrequenz. 3.8.5.3 Filter für die Ausgangsfrequenz. 3.8.5.4 Vollständiger Frequenzvervielfacher.- 3.9 PIN-Dioden.- 3.9.1 Wirkungsweise.- 3.9.2 Eigenschaften und Bauformen.- 3.9.3 Anwendungen.- 3.9.3.1 Hochfrequenzabschwächer. 3.9.3.2 Duplexschalter in Radaranlagen.- 3.10 Impatt-Dioden.- 3.10.1 Wirkungsweise.- 3.10.1.1 Qualitative Erklärung. 3.10.1.2 Genauere Berechnung.- 3.10.2 Eigenschaften und Auf bau 120 3.10.2.1 Kennlinie. 3.10.2.2 Verlustleistung.- 3.10.3 Anwendung als Mikrowellengenerator.- 3.10.3.1 Ersatzschaltung. 3.10.3.2 Schwingbedingung. 3.10.3.3 ImpattMikrowellengenerator.- 3.11 Gunn-Dioden.- 3.11.1 Wirkungsweise.- 3.11.2 Eigenschaften und Bauform.- 4 Bipolare Transistoren.- 4.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 4.1.1 Allgemeine Beschreibung.- 4.1.2 Bändermodell des Transistors.- 4.1.3 Stromverstärkung.- 4.2 Transistorkennlinien.- 4.2.1 Ausgangskennlinienfeld.- 4.2.2 Stromverstärkungs-Kennlinienfeld.- 4.2.3 Eigangskennlinienfeld.- 4.2.4 Spannungsrückwirkungs-Kennlinienfeld.- 4.3 Darstellung der Verstärkung im Kennlinienfeld der Emitterschaltung.- 4.4 Kleinsignalverhalten.- 4.4.1 Grundschaltungen.- 4.4.2 Vierpoldarstellung.- 4.4.2.1 Hybrid-Gleichungen. 4.4.2.2 Leitwert-Gleichungen. 4.4.2.3 Widerstands-Gleichungen. 4.4.2.4 Ersatzschaltungen der Vierpolgleichungen.- 4.4.3 Umrechnung der Vierpol-Parameter.- 4.4.3.1 Umrechnung der h- und y-Parameter. 4.4.3.2 Berechnung der h- und y-Parameter der Kollektor- und der Basisschaltung aus den Parametern der Emitterschaltung.- 4.4.4 Arbeitspunktabhängigkeit der h-Parameter.- 4.4.5 Berechnung des Kleinsignal-Betriebsverhaltens mit h- und y-Parametern 153.- 4.4.5.1 Berechnung der Betriebsgrößen mit den h-Parametern — 4.4.5.2 Berechnung der Betriebsgrößen mit den y-Parametern.- 4.4.6 Kleinsignal-Betriebsverhalten der Emitterschaltung.- 4.4.7 Kleinsignal-Betriebsverhalten der Kollektorschaltung.- 4.4.8 Kleinsignal-Betriebsverhalten der Basisschaltung.- 4.4.9 Kopplung von Verstärkerstufen.- 4.5 Temperaturverhalten.- 4.5.1 Restströme und ihre Temperaturabhängigkeit.- 4.5.1.1 Restströme. 4.5.1.2 Temperaturabhängigkeit der Restströme.- 4.5.2 Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitterspannung.- 4.6 Einstellung und Stabilisierung des Arbeitspunktes.- 4.6.1 Arbeitspunkteinstellung mit Basisspannungsteiler.- 4.6.2 Arbeitspunkteinstellung mit Basisvorwiderstand.- 4.6.3 Arbeitspunktstabilisierung durch Gleichstromgegenkopplung.- 4.7 Kühlung.- 4.7.1 Thermischer Widerstand.- 4.7.2 Berechnung des thermischen Widerstands eines Kühlblechs.- 4.8 Durchbruchverhalten.- 4.8.1 Basis-Emitter-Sperrspannung.- 4.8.2 Kollektor-Basis-Sperrspannung.- 4.8.3 Kollektor-Emitter-Sperrspannung.- 4.8.4 Fallende Ausgangskennlinien.- 4.8.5 Durchbruch 2. Art.- 4.8.5.1 Durchbruch 2. Art bei leitender Basis-Emitterdiode. 4.8.5.2 Durchbruch 2. Art bei gesperrter Basis-Emitterdiode.- 4.8.6 Absolute Grenzwerte von Kollektorstrom und Kollektor-Emitterspannung.- 4.8.7 Impulsbelastung.- 4.9 Frequenzverhalten.- 4.9.1 T-Ersatzschaltung.- 4.9.2 Grenzfrequenz der Stromverstärkung der Basisschaltung.- 4.9.3 Grenzfrequenz der Stromverstärkung der Emitterschaltung.- 4.9.4 Transitfrequenz.- 4.9.5 Arbeitspunktabhängigkeit der Transitfrequenz.- 4.10 Schaltverhalten.- 4.10.1 Schaltzustände im Kennlinienfeld.- 4.10.2 Schaltzeiten.- 4.10.2.1 Übergang vom gesperrten in den übersteuerten Zustand. 4.10.2.2 Übergang aus dem leitenden in den gesperrten Zustand. 4.10.2.3 Berechnung von Schaltzeiten.- 4.10.3 Verbesserung des Schaltverhaltens.- 4.10.3.1 Beschleunigungskondensatoren. 4.10.3.2 Kollektor-Fangschaltung.- 4.10.4 Schalten von kapazitiven und induktiven Lasten.- 4.10.4.1 Kapazitive Last. 4.10.4.2 Induktive Last.- 4.11 Transistorrauschen.- 4.11.1 Widerstandsrauschen.- 4.11.2 Rauschursachen bei Transistoren.- 4.11.3 Definition von Rauschzahl und Rauschmaß.- 4.11.4 Berechnung der Rauschzahl.- 4.11.5 Signal-Rauschabstand.- 4.12 Technologie und Bauformen.- 4.12.1 Legierungsverfahren.- 4.12.2 Diffusionsverfahren.- 4.12.2.1 Diffusion bei konstanter Oberflächenkonzentration. 4.12.2.2 Diffusion bei konstanter Teilchenmenge.- 4.12.3 Diffundierte Transistoren.- 4.12.3.1 Einfach diffundierter Transistor. 4.12.3.2 Zweifach diffundierter Transistor. 4.12.3.3 Dreifach diffundierter Transistor.- 4.12.4 Epitaxialverfahren.- 4.12.5 Epitaxiale Transistoren.- 4.12.5.1 Epitaxial-Base-Transistor. 4.12.5.2 Multiple-Epitaxial-BaseTransistor.- 4.12.6 Ionen-Implantation.- 4.12.7 Transistor-Topographie.- 4.12.8 Gehäuseformen.- 4.13 Weitere wichtige Grundschaltungen.- 4.13.1 Darlington-Schaltung.- 4.13.2 Komplementär-Darlington-Schaltung.- 4.13.3 Kaskode-Schaltung.- 4.13.4 Konstantstromquelle.- 1 Weiterführende Bücher und Literatur.- 2 Normblätter.- 3 Schaltzeichen.- 4 Verwendete Formelzeichen.