Elettronica

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Author: luca.ricci.dox

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Gli appunti trattano i principali argomenti legati ai sistemi elettronici, partendo dallo studio dei diodi e dei transistor mos e bjt, fino alla trattazione di sistemi complessi come regolatori, …

Esame Elettronica

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Pennelli Giovanni

Università Università degli Studi di Pisa

A.A. 2019-2020

144 pagine

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ELETTORNICA

L'elettronica si occupa della risoluzione di circuiti aventi al loro interno componenti non lineari.

In genere in elettronica si lavora con basse tensioni e basse potenze.

CONDUZIONE ELETTRONICA

Il materiale piÃ¹ usato per la realizzazione di circuiti elettronici Ã¨ il silicio (Si). Il silicio Ã¨ un materiale semiconduttore.

J = q â€¢ n â€¢ Un

J = Ã§ â€¢ E

q = 1.6 â€¢ 10^-19 C â†’ carica dell'elettrone

E = campo elettrico

Ã§ = conduttanza

J = densitÃ di corrente

n = numero di elettroni disponibili per la conduzione.

Un = mobilitÃ elettronica

Un rappresenta la capacitÃ delle particelle cariche di muoversi attraverso un mezzo mediante campi elettrici.

In 1 m³ sono presenti 6.02 â€¢ 10²³ atomi

N_e-p < 6.02 â€¢ 10²³

ELETTRONICA

L’elettronica si occupa della risoluzione di circuiti aventi al loro interno componenti non lineari.

In genere in elettronica si lavora con basse tensioni e basse potenze.

CONDUZIONE ELETTRONICA

Il materiale più usato per la realizzazione di circuiti elettronici è il silicio (Si). Il silicio è un materiale semiconduttore.

J = σ . E

q = 1,6 · 10^-19 C _→ carica dell’elettrone

E = campo elettrico

σ = conduttanza

J = densità di corrente.

n = numero di elettroni disponibili per la conduzione.

μ_n = mobilità elettronica

μ_n rappresenta la capacità delle particelle cariche di muoversi attraverso un mezzo mediante campi elettrici.

In 1 m³ sono presenti 6,02 · 10²³ atomi

N_e = 6,02 · 10²³

Nei materiali gli elettroni si muovono per agitazione termica, però in questo fenomeno gli elettroni non hanno una direzione preferenziale, la velocità media di tutti gli elettroni è nulla.

Applicando un campo elettrico, gli elettroni sono sottoposti alla forza del campo elettrico e si muovono tutti nella stessa direzione.

Definiamo quindi <V> la velocità di deriva

<V> = μ · E

ϱ = ^{1 / δ} = ¹ / _{q · μ · n}

A livello di materiale possiamo notare che gli estremi dei valori di ϱ sono estremi infatti, possono variare da 10^-8 a 10¹⁵.

Il parametro che discrimina maggiormente la possibilità che ha un materiale di condurre o meno è il numero di elettroni disponibili alla conduzione.

Nel silicio puro, detto silicio intrinseco -> n = 15 · 10¹⁰ cm^-3

Il silicio è generalmente organizzato in strutture tetraedriche cristalline.

A temperature prossime allo 0 K il silicio è un isolante perfetto.

BANDE DI ENERGIA

A seconda dell'energia posseduta da un elettrone, esso può essere strappato via dal suo nucleo. Ciò accade a livello discreto

banda di conduzione

banda vuota

banda di valenza

Gli elettroni che si trovano nella banda di valenza ruotano attorno al loro nucleo; fornendo una certa energia all'elettrone (E_g=E_C-E_V) esso viene strappato dal suo nucleo ed entra in conduzione.

Per energie tra E_C ed E_V, non succede niente, nella banda intermedia non ci sono elettroni.

Il numero di e^- all'interno della banda di conduzione è funzione della temperatura.

n = A · e^-Eg/2k·T

E_g = E_C-E_V -> salto energetico del gap.

E_{g silicio} = 1,12 eV

E_g è quindi l'energia da fornire agli e^- per effettuare il salto da banda di valenza a banda di conduzione.

Gli e^- con E > E_C sono disponibili alla conduzione.

α 0 K → = 0

α 300 K → = 1,5 ⋅ 10¹⁶ cm^-3 Si

G̅ₙₒₗ = g μₙ ⋅ ₒₗ

ᴬᴵ ⬆⬆ ⇒ Gᵦᴸ ⬆⬆

G̅ˢᵢ = g μₙ ⋅ ˢᵢ

ˢᵢ⬇⬇ ⇒ G̅ˢᶤ⬇⬇

Dalla equazione ᵢⁿ⁺ = A ⋅ e^-Eg/2kT è facile vedere che aumenta

all' aumentare della temperatura ⇒ G̅ ↑ ⇒ S̅ ↓

Gli elettroni che si spostano dalla banda di valenza a quella di

conduzione abbandonano i propri atomi

che, avendo un elettrone in meno,

diventano carichi positivamente,

gli spazi lasciati dagli e ottenuti

in conduzione si chiamano LACUNE.

Definiamo quindi :

n = numero di elettroni in conduzione

p = numero di lacune

Chiaramente in un materiale = poiché il numero di

elettroni che entrano in conduzione coincide con il numero di

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