Appunti di Elettronica 1 - Parte 1

• Introduzione
• Legge di Azioni di Massa
• Giunzione PN
• Corrente di Laccune
• Lunghezza Zona di Svuotamento
• Diodo a Breakdown
• Capacità della giunzione PN
• Capacità di Diffusione
• Distribuzione di Fermi-Dirac
• Densità di Stati in Zona
• Interpretazione sul livello di Fermi
• Cella Solare
• Transistore Bipolare
  • Concetti nel transistor bipolare
  • Equazioni di Ebers-Moll
  • Circuito equivalente di Ebers-Moll
  • Modello in zona attiva
  • Altri aspetti del transistor bipolare
  • Rappresentazione a Emittitore Comune
  • Effetto Early
  • Dispositivi a Zona
• Transistore MOS
  • Formazione del canale e corrente sulla Resistenza
  • Concetti del transistor MOS
  • Altri aspetti del transistor MOS
• Circuiti Elettronici
  • Modello dell'Amplificatore
  • Tipi di Amplificatore
  • Concetto di Alimentazione
  • Dinamica dell'Amplificatore
  • Risposta in frequenza
  • Diagrammi di Bode
  • Amplificatore Operazionale
  • Controllo distribuito valori dell'amplificatore
  • Configurazione Invertente
  • Celeb del generatore con AC variabile
  • Configurazione non Invertente
  • Buffer di Tensione

Elettronica 1

• Ricevitore in Modulazione
  • Amplificatore Differenziale
  • Calcolo della Resistenza dell'Amplificazione e di un Segnale Differenziale
  • Filtri Attivi
  • Circuito Inseguitore
  • Circuito Derivatore
• Non isolato dall'Amplificatore
  • Offset di Tensione
  • Offset di Corrente
  • Risposta in Frequenza
• Slew Rate
• Slew Rate per una Funzione Sinusoidale
• Diodi
  • Selezione di Correnti con Modulo Esponenziale del Diodo
  • Metodo della Retta di Carico
  • Modello Lineare e Tradotto
  • Modello per Piccolo Segnale
• Alimentatore di Tensione
  • Raddrizzatore a una Semionda
  • Raddrizzatore a doppia Semionda
  • Raddrizzatore a Ponte

Il fosforo P ha 5 elettroni di legame quindi rimane un elettrone ad alto livello energetico (però non è legato, è molto libero) perciò si ionizza sull’atomo di fosforo, perché basta pochissima energia per compiere il salto alla banda di conduzione.

Il fosforo, perciò, è carico positivamente.

Quindi ho ottenuto un elettrone libero.

Questo avviene a causa del fosforo → n = N_D (numero donori) ≈ 10¹⁴ - 10²⁰ cm^-3

Il drogaggio può essere effettuato su zone definite e le impurità si possono introdurre in 2 modi:

1. Temperatura (forno)
2. Impiantazione ionica

Ci sono 2 tipologie di drogaggio:

• Tipo N → con atomi donori, n = N_D
• Tipo P → con atomi accettori, p = N_A (es: il Boro ha 3 elettroni di legame perciò rimane carico negativamente)

Quando faccio il bilancio totale ottengo che:

q[p - N_A + n + N_D] = ρ (densità di carica)

ρ = q[p - N_A - n + N_D]

Se mi faccio una rappresentazione grafica:

SENZA POTENZIALE ESTERNO / CON POTENZIALE ESTERNO

• Con un potenziale esterno cambia la geometria della zona di svuotamento
• Il Campo Elettrico diminuisce
• Il potenziale diventa V_BIN-V (più basso)

P(x_n) = p_n0 e^(V/V_T)

Nella zona di svuotamento in cui finisce il campo elettrico ho molte lacune:

• Flusso di lacune per diffusione perché E=0

Ricavo l’espressione che spiega quest'ultimo fenomeno:

Preso un cubetto di silicio

Capacità della Giunzione PN

In generale la capacità è definita come C = \frac{Q}{V} ma in questo caso si introduce il concetto di capacità differenziale:

C_d = \frac{\Delta Q}{\Delta V}

Nel caso di una giunzione PN, siccome la larghezza della zona di svuotamento e la tensione sono esponenzialmente vediamo la Capacità di Giunzione

C = \varepsilon_S \frac{A}{W}

Siccome la variazione avviene ai bordi è come se fosse un "condensatore piano"

^{\varepsilon_S}/_d = \varepsilon_S \frac{A}{W}

allora più alti sono i drogaggi e maggiore è la capacità perché aumenta la capacità parassita

Normalmente la capacità viene espressa così:

C_j = \frac{C_{j0}}{\left(1 - \frac{V}{V_{0}}\right)^n} → Cj0 = capacità all'equilibrio

→ n = 1, \frac{1}{2}, \frac{1}{3}

Se la tensione V è negativa la capacità diminuisce.

Capacità di Diffusione

• È spesso maggiore della capacità di giunzione
• Variare su una giunzione PN:

Esempio sull'uso della giunzione PN: Cella solare

strato molto drogato per ridurre il contatto ohmico strato sottile N

strato spesso strato molto drogato P

contatto ohmico posteriore

come funziona?

Assorbimento e foto-generazione

• i fotoni con una certa energia (luce del visibile) fanno compiere un salto agli elettroni in banda di conduzione
• ho un numero maggiore di elettroni dal lato N rispetto all’equilibrio

la piecsa al livello di Fermi avviene all’interno disperdendo energia (oscillazioni del reticolo) riscaldando il semi-conduttore (energia persa internamente)

lo posso schematizzare con un circuito:

• con I_Ph: corrente fotoelettrica (generata dall’assorbimento dei fotoni)
• I_L corrente sul carico

in termina di potenzaP_L = I_L (V_L = 0) perché ho cortocircuitatoinfatti l’energia dei fotoni viene dissipata solo internamente e per ovviare a ciò ho bisogno di una resistenza sul carico:

ho ottenuto le 3 correnti in funzione delle 2 tensioni V_BE e V_BC,

per semplificare le espressioni si definiscono

I_S = A q D_n N_P0 B_B^‘ / W

I_SE = A [ q D_n N_P0 B_B^‘  + q D_p P_N0 E ] / L_P

I_SC = A [ q D_n N_P0 C_C^‘  + q D_p P_N0 C ] / L_P

e riscrivo le equazioni di Ebers-Moll:

I_E = I_SE (e^V_BE/V_T - 1) - I_S (e^V_BC/V_T - 1)

I_C = I_S (e^V_BE/V_T - 1) - I_SC (e^V_BC/V_T - 1)

Per rappresentarli con dei circuiti devo introdurre il:

Generatore Controllato:

tensioni/correnti proporzionali a una grandezza elettrica esterna ( V_ext o I_ext )

Circuito Equivalente di Ebers-Moll:

partendo da:

I_E = I_SE (e^V_BE/V_T - 1) - I_S (e^V_BC/V_T - 1)

I_C = I_S (e^V_BE/V_T - 1) - I_SC (e^V_BC/V_T - 1)

• I_SE (e^V_BE/V_T - 1) è la corrente del diodo BE con corrente inversa di saturazione
• I_SE (con il positivo sulla base)

vengono usati dei generatori di corrente controllati in funzione

terminei con I_S proporzionali alle tensioni V_BE e V_BC in quanto B e E sono in contatto tra loro nella giunzione