Основы электроники. 2-е изд.

ПРЕДИСЛОВИЕ 3 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 4 1.1. Основы теории электропроводности полупроводников 4 1.1.1. Элементы зонной теории 4 1.1.2. Полупроводники с собственной электропроводностью 6 1.1.3. Примесные полупроводники 9 1.1.4. Неравновесное состояние полупроводников 13 1.1.5. Дрейфовый ток 16 1.1.6. Диффузионный ток 18 1.2. Контактные явления в полупроводниках 19 1.2.1. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия 19 1.2.2. Теоретическая вольтамперная характеристика p-n-перехода 27 1.2.3. Влияние температуры и ширины запрещенной зоны полупроводника на ВАХ p-n-перехода 29 1.2.4. Вольтамперная характеристика реального p-n-перехода 30 1.2.5. Барьерная емкость p-n-перехода 35 1.2.6. Диффузионная емкость p-n-перехода 36 1.2.7. Гетеропереходы 39 1.2.8. Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности 40 1.2.9. Контакт металла с полупроводником 41 1.2.10. Омические контакты 42 1.2.11. Явления на поверхности полупроводника 43 1.3. Термоэлектрические явления в полупроводниках 45 1.3.1. Эффект Зеебека 45 1.3.2. Эффект Пельтье 48 1.3.3. Эффект Томсона 51 1.4. Гальваномагнитные явления 52 1.4.1. Эффект Холла 52 1.4.2. Эффект Нернста – Эттингсгаузена 57 1.5. Фотовольтаические эффекты в контактах 58 1.5.1. Фотодиффузионный эффект 59 1.5.2. Фотоэлектромагнитный эффект 59 1.5.3. Барьерный фотовольтаический эффект 59 Контрольные вопросы к главе 1 61 2. РАДИОКОМПОНЕНТЫ 62 2.1. Пассивные радиокомпоненты 62 2.1.1. Резисторы 62 2.1.2. Конденсаторы 71 2.1.3. Катушки индуктивности 77 2.2. Полупроводниковые диоды 81 2.2.1. Выпрямительные диоды 82 2.2.2. Универсальные и импульсные диоды 85 2.2.3. Стабилитроны и стабисторы 87 2.2.4. Варикапы 89 2.3. Полевые транзисторы 91 2.3.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом 91 2.3.2. Полевой транзистор с управляющим переходом металл-полупроводник 95 2.3.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы) 96 2.3.4. Дифференциальные параметры полевого транзистора 99 2.3.5. Эквивалентная схема ПТ 102 2.3.6. Частотные свойства полевых транзисторов 103 2.3.7. Полевой тетрод 104 2.4. Биполярные транзисторы 105 2.4.1. Принцип действия биполярного транзистора 107 2.4.2. Связь между токами в транзисторе 109 2.4.3. Статические характеристики биполярных транзисторов 113 2.4.4. Влияние температуры на статические характеристики БТ 116 2.4.5. Дифференциальные параметры биполярного транзистора 118 2.4.6. Эквивалентные схемы биполярного транзистора 121 2.4.7. Частотные свойства биполярных транзисторов 125 2.4.8. Шумовые свойства транзисторов 134 2.5. Приборы силовой электроники 137 2.5.1. Тиристоры 137 2.5.2. Мощные полевые транзисторы 144 2.5.3. Транзисторы со статической индукцией 145 2.5.4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором 147 2.5.5. Тиристоры с управляющей МДП-структурой (МСТ) 150 Контрольные вопросы к главе 2 153 3. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 154 3.1. Основные параметры и характеристики 154 3.2. Биполярный транзистор в усилительном режиме 156 3.3. Полевой транзистор в усилительном режиме 164 3.4. Операционные усилители 167 Контрольные вопросы к главе 3 176 4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ОУ 177 4.1. Обратная связь в усилителях 177 4.2. Инвертирующий усилитель 179 4.3. Неинвертирующий усилитель 181 4.4. Сумматор 181 4.5. Вычитатель 182 4.6. Интегратор 182 4.7. Дифференциатор 183 4.8. Детекторы 183 Контрольные вопросы к главе 4 187 5. АНАЛОГОВЫЕ ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ 188 5.1. Принципиальные схемы перемножителей 188 5.2. Аналоговые устройства на основе перемножителя 194 5.3. Применение перемножителей в системах телекоммуникаций 195 Контрольные вопросы к главе 5 199 6. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ 200 6.1. Электронные регуляторы на диодах и биполярных транзисторах 200 6.2. Электронные регуляторы на одном полевом транзисторе 200 6.3. Электронный регулятор с применением операционного усилителя 203 6.4. Электронный регулятор на сдвоенных ПТ 204 6.5. Зависимость регулировочной характеристики от температуры 206 6.6. Электронный регулятор на перемножителе 208 6.7. АЧХ регуляторов 209 Контрольные вопросы к главе 6 212 7. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ УСИЛЕНИЯ 213 7.1. Виды АРУ 213 7.2. Параметрическая АРУ усилителей на БТ и ПТ 214 7.3. АРУ с применением ОУ 216 7.4. АРУ с применением перемножителей 218 Контрольные вопросы к главе 7 220 8. АНАЛОГОВЫЕ КЛЮЧИ И МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ 221 8.1. Диодные аналоговые ключи 221 8.2. Аналоговый электронный ключ на одноканальных полевых транзисторах 222 8.3. Аналоговый электронный ключ на комплементарных полевых транзисторах 223 8.4. Эквивалентная схема аналогового электронного ключа 224 8.5. Т-образный аналоговый электронный ключ 225 8.6. Оптоэлектронный ключ 226 8.7. Мультиплексоры и демультиплексоры 226 Контрольные вопросы к главе 8 227 9. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ 228 9.1. Фильтры первого порядка 229 9.2. Фильтры второго порядка 230 9.3. Высокодобротный полосовой фильтр 233 9.4. Режекторные фильтры 234 9.5. Фильтры с управляемой АЧХ 235 Контрольные вопросы к главе 9 238 10. АВТОГЕНЕРАТОРЫ 239 10.1. Классификация автогенераторов 239 10.2. Низкочастотные гармонические автогенераторы с трехзвенной RC-цепью 240 10.3. Генератор с мостом Вина 243 10.4. Генератор с двойным Т-образным мостом 246 10.5. Высокочастотные гармонические автогенераторы 248 10.6. Трехточечные автогенераторы 251 10.7. Автогенераторы на основе операционного усилителя 252 10.8. Стабильность частоты колебаний автогенератора 254 10.9. Кварцованные автогенераторы 254 10.10. Автоколебательный мультивибратор на ОУ 255 10.11. Ждущий мультивибратор на ОУ 257 10.12. Генераторы линейно изменяющегося напряжения 258 Контрольные вопросы к главе 10 261 11. БАЗОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 262 11.1. Общие сведения 262 11.2. Основы алгебры логики 263 11.3. Параметры цифровых интегральных микросхем 267 11.4. Электронные ключи на транзисторах 270 11.5. Базовые логические элементы 277 11.5.1. Диодно-транзисторная логика 279 11.5.2. Транзисторно-транзисторная логика 283 11.5.3. Разновидности ТТЛ 286 11.5.4. Транзисторно-транзисторная логика Шоттки 288 11.5.5. Эмиттерно-связанная логика 290 11.5.6. МДП логика 291 11.5.7. Комплементарная МДП логика 293 11.5.8. Интегральная инжекционная логика 298 Контрольные вопросы к главе 11 299 12. КОМБИНАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА 300 12.1. Дешифраторы 300 12.2. Мультиплексоры 301 12.3. Исключающее-ИЛИ 302 12.4. Сумматоры 302 12.5. Цифровые компараторы 303 12.6. Схема определения четности и нечетности 304 Контрольные вопросы к главе 12 305 13. ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТЫ 306 13.1. Триггеры 306 13.2. Счетчики 312 13.2.1. Суммирующие счетчики 313 13.2.2. Вычитающие счетчики 314 13.2.3. Синхронные счетчики 316 13.2.4. Реверсивные счетчики 316 13.2.5. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета 317 13.3. Регистры 320 13.3.1. Функциональные устройства на основе регистров 324 Контрольные вопросы к главе 13 326 14. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 327 14.1. Общие сведения 327 14.2. Цифро-аналоговые преобразователи 327 14.2.1. ЦАП на основе двоично-взвешенных резисторов 328 14.2.2. ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R 329 14.3. Аналого-цифровые преобразователи 330 14.3.1. АЦП последовательного счета 331 14.3.2. АЦП последовательного приближения 332 14.3.3. Параллельный АЦП 334 14.3.4. АЦП двойного интегрирования 336 14.4. Схема выборки и хранения 338 Контрольные вопросы к главе 14 340 15. ПРИБОРЫ НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 341 15.1. Источники света 341 15.1.1. Разновидности источников 341 15.2. Основные характеристики и параметры светодиодов 342 15.2.1. Параметры светодиодов 342 15.2.2. Характеристики светодиодов 343 15.2.3. Определение и оценка параметров светодиодов 344 15.2.4. Схемы возбуждения, обеспечивающие высокую световую эффективность светодиодов 347 15.2.5. Температурные свойства светодиодов 348 15.2.6. Срок службы 348 15.2.7. Ограничение тока 348 15.2.8. Достоинства твердотельных излучателей 350 15.3. Конструкция светодиодов 350 15.4. Основные схемы возбуждения светодиодов 351 15.5. Выбор типа светодиода 353 15.5.1. Основные соображения для выбора типа светодиода 353 15.6. Модели светодиодов 355 15.6.1. Электрическая модель светодиода 355 15.6.2. Тепловая модель светодиода 357 15.7. Светодиоды инфракрасного излучения 358 15.8. Светодиодные источники повышенной яркости и белого света 360 15.9. Ресурсосберегающие источники света 366 15.10. Эксилампы 369 Контрольные вопросы к главе 15 371 16. ПРИБОРЫ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 372 16.1. Физические основы усиления и генерации лазерного излучения 372 16.2. Структурная схема лазера 375 16.3. Лазеры на основе кристаллических диэлектриков 379 16.4. Жидкостные лазеры 381 16.5. Газовые лазеры 385 16.6. Устройство и принцип действия полупроводникового инжекционного монолазера 386 16.7. Устройство и принцип действия полупроводниковых лазеров с гетероструктурами 389 16.8. Волоконно-оптические усилители и лазеры 393 16.8.1. Волоконные усилители 393 16.8.2. Волоконные лазеры 394 16.8.3. Волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния 395 16.9. Светоизлучающие диоды для волоконно-оптических систем 398 16.10. Сравнительная характеристика лазеров и светодиодов 402 16.10.1. Параметры отечественных полупроводниковых лазеров и оптических модулей 404 16.11. Белые лазеры 405 Контрольные вопросы к главе 16 406 17. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОПРИЕМНЫЕ ПРИБОРЫ 407 17.1. Принцип работы фотоприемных приборов 407 17.2. Характеристики, параметры и модели фотоприемников 409 17.2.1. Параметры фотоприемников 409 17.2.2. Характеристики фотоприемников 411 17.2.3. Параметры фотоприемника как элемента оптопары 412 17.2.4. Электрические модели фотоприемников 412 17.3. Фотодиоды на основе p-n-перехода 417 17.4. Фотодиоды с p-i-n-структурой 420 17.5. Фотодиоды Шоттки 423 17.6. Фотодиоды с гетероструктурой 425 17.7. Лавинные фотодиоды 427 17.8. Фототранзисторы 429 17.8.1. Биполярные фототранзисторы 429 17.8.2. Полевые фототранзисторы 432 17.9. Фототиристоры 437 17.10. Фоторезисторы 438 17.11. Основные характеристики и параметры фоторезистора 441 17.12. ПЗС приемные фотоприборы 443 17.13. Фотодиодные СБИС на основе МОП-транзисторов 445 17.14. Пироэлектрические фотоприемники 449 Контрольные вопросы к главе 17 452 18. НАНОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 453 18.1. Общие сведения 453 18.2. Наноэлектронные конденсаторы и аккумуляторы 455 18.2.1. Наноэлектронные конденсаторы 455 18.2.2. Наноэлектронные аккумуляторы энергии и топливные элементы 458 18.3. Наноэлектронные диоды и транзисторы 462 18.3.1. Введение 462 18.3.2. Нанотранзисторы на основе структур кремния на сапфире 465 18.3.3. Нанотранзисторы с гетеропереходами 471 18.3.4. Нанодиоды и нанотранзисторы с резонансным туннелированием 477 18.3.5. Нанодиоды и нанотранзисторы на основе нанотрубок 481 18.4. Наноэлектронные лазеры 486 18.4.1. Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами 486 18.4.2. Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами 488 18.5. Оптические модуляторы 497 18.6. Дисплеи и осветительные приборы с использованием наноматериалов 499 18.6.1. Дисплеи и осветительные приборы на основе нанотрубок 499 18.6.2. Перспективы создания дисплеев невидимок 501 18.7. Наноэлектронные фотоприемники 502 18.7.1. Фотоприемники на квантовых ямах 502 18.7.2. Фотоприемники на основе квантовых точек 505 18.8. Логические элементы для нанокомпьютеров 510 18.8.1. Квантово-точечные клеточные автоматы 510 18.8.2. Молекулярные переключатели 513 18.8.3. Одноэлектронный транзистор 516 18.9. Наноэлектронные системы 517 18.9.1. Однокристальные системы 517 18.9.2. Системы для компьютеров 520 18.9.3. Наноэлектронные системы беспроводной связи 527 18.10. Перспективы развития наноэлектронных систем 529 Контрольные вопросы к главе 18 536 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 537 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 547