9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor

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1 9. Vorlesung Inhalt: Rückblick 8. Vorlesung Der Bipolartransistor
Übungsaufgaben Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: ,

2 4.2 Der pn-Übergang in Flusspolung
+ p n n

3 Weiter 4.2 Injektion von Majoritäts- träger auf die gegenüber
liegende Seite Veränderung des Potenzials durch die äußere Spannung In Flusspolung

4 Weiter 4.2 pn-Übergang in Flusspolung 27.05.2003
(Bild ist aus Pierret entnommen)

5 Weiter 4.2 Überlegungen zum Gesamtstrom in der pn-Diode

6 Weiter 4.2 Ideale Dioden-Gl. Schockley-Gl.

7 Weiter 4.2 Diodenströme in Abhängigkeit verschiedener HL

8 Weiter 4.2 Kurze Diode: Der Abstand der RLZ zu den Kontakten ist viel
kleiner als die Diffusionslänge.

9 Weiter 4.2 In einer kurzen Diode findet keine Rekombination bis zwischen RLZ und Kontakt statt. l – Abstand zu den Kontakten

10 Weiter 4.2 Gesamtstrom: idealer Diodenstrom + Rekombinationsstrom
Empirische Formel: J0 und h sind dabei anzupassende Parameter. h liegt immer zwischen 1 und 2; „Idealitätsfaktor“.

11 Weiter 4.2 Beispiele für verschiede Idealitätsfaktoren

12 4.3 Die pn-Diode in Sperrrichtung
+ p n n

13 Weiter 4.3 Banddiagramm in Sperrrichtung Kennlinie
Entnommen aus Pierret

14 Weiter 4.3 Sperrstrom:

15 8. Vorlesung Inhalt 4.5 Die Verarmungskapazität
4.6 Die Speicher- oder Diffusionskapazität 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode 4.8 Der Diodendurchbruch Übungsaufgaben Bonus-Informationen

16 4.5 Die Verarmungskapazität
In der Verarmungszone stehen sich positive und negative Ladungen gegenüber (Plattenkondensator: Q=C*U) Aber: Ladung hängt nicht linear von der Spannung ab!!! Definition der Sperrschicht-Kapazität: „Kleinsignal-Kapazität“

17 Weiter 4.5 Reaktion der RLZ auf eine kleine Erhöhung der Spannung
Größe der Verarmungs- kapazität in Abhängigkeit der äußeren Spannung

18 Weiter 4.5 Berechnung der Verarmungskapazität
Plattenkondensator-Näherung: Divergiert, wenn V gegen V0 strebt. (Niedriginjektion V kleiner als V0. Spannungsabhängige Kapazität – Varaktor)

19 4.6 Die Diffusionskapazität
überwiegt in Flussrichtung ist nur in Flussrichtung relevant

20 Weiter 4.6 Berechnung der Diffusionskapazität: Definition
Aufstellen der Ladung Ausdruck für die Ladung

21 Weiter 4.6 Ausdruck für die Diffusionskapazität:

22 4.7 Das Kleinsignalmodell der Diode
Definition Kleinsignalwiderstand und –leitwert: Zusammenhang: Leitwert - Diffusionskapazität

23 Weiter 4.7 Graphische Verdeutlichung von rd und gd

24 Weiter 4.7 Was bedeutet Kleinsignal? dV < kT/q

25 Weiter 4.7 Die beiden Kapazitäten Es fließen zwei Ströme durch
die Diode: Die beiden Kapazitäten entsprechen einer komplexen Impedanz:

26 4.8 Der Lawinendurchbruch
Eine Diode sperrt nicht für beliebig hohe Spannungen!!! Ab einer gewissen Spannung kommt es zum Durchbruch: Der Durchbruch ist reversibel, solange die thermische Belastung begrenzt wird.

27 Weiter 4.8 1. Der Lawinendurchbruch:
Das elektrische Feld ist soweit vergrößert, dass die Ladungs- träger so stark beschleunigt werden, so dass durch Stöße mit den Kristallatomen Elektron-/Loch-Paare erzeugt werden können. Es kann bei genügend hoher Sperrspannung eine Kettenreaktion ausgelöst werden.

28 Weiter 4.8 Eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung:

29 Weiter 4.8 2. Der Zener-Durchbruch:
tritt bei hochdotierten pn-Übergängen auf Es kommt zum „Tunneln“ Durchbruch entsteht früher als beim Lawinendurchbruch.

30 Übungsaufgaben

31 Bonus-Informationen Der pn-Übergang als Solarzelle
Bilder zur Bauelementen

32 Solarzelle Skizze: Kennlinie

33 Bauelemente Bipolartransistor MOS-Transistor 8-Lagen Kupfer