Тугов Н. М. и др. - Полупроводниковые приборы
Краткое описание книги:
Приведены физические свойства, характеристики и режимы работы полупроводниковых приборов, применяемых в устройствах промышленной электроники. Рассмотрены особенности применения приборов. Изложены физические основы построения моделей предельных режимов эксплуатации, методов управления и защиты полупроводниковых приборов.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленная электроника».
Учебник написан в соответствии с программой курса «Полупроводниковые приборы» для вузов по специальности «Промышленная электроника» и может быть использован в учебном процессе для других специальностей.
Курс «Полупроводниковые приборы» в учебном плане названной специальности является одним из базовых. Его основная задача — дать будущим инженерам в области разработки и применения современных электронных устройств преобразования информации (информационная электроника) и преобразования электроэнергии (энергетическая электроника или преобразовательная техника) необходимый объем сведений, обеспечивающий грамотное использование всей современной гаммы полупроводниковых приборов в схемах самого различного назначения. С этой точки зрения наиболее важным представляется развитие умения и навыков грамотного выбора полупроводникового прибора, исходя из требований к конкретному устройству, и правильного использования моделей приборов при проектировании этих устройств. Такой подход основывается на хорошо известном для инженеров-практиков положении, что надежность, быстродействие, энергетические показатели, габариты, масса и другие технико-экономические характеристики конкретных электронных устройств во многом зависят от выбора типа прибора и режима его эксплуатации.
Во введении определены функциональные возможности трех основных классов полупроводниковых приборов—диодов, транзисторов и тиристоров — и рассмотрены общие вопросы применения полупроводниковых приборов: особенности ключевого и усилительного режимов эксплуатации, влияние обратной связи между выходной и управляющей цепями управляемых приборов на параметры режима, область безопасных режимов работы полупроводниковых приборов, особенности работы полупроводниковых приборов на комплексную нагрузку.
В гл. 1 введен параграф с кратким изложением основных положений физики полупроводников и полупроводниковых приборов, в частности изложены современные представления о физических эффектах в полупроводниках при больших концентрациях носителей заряда, сильных полях и высоких уровнях легирования, проведен анализ модели мощного диода с р+-п-п+ структурой при высоком уровне инжекции, рассмотрен режим двойной инжекции, влияние электронно-дырочного рассеяния и других нелинейных эффектов, рассмотрены вопросы физики переходов с барьером Шоттки и омических переходов, рассмотрены быстродействующие диоды Шоттки, перспективные в силовой электронике.
В гл. 2 традиционный материал по физике работы бездрейфовых транзисторов изложен в сокращенном виде, подробно рассмотрены вопросы физики современных п+-р-п-п+ транзисторов, включая эффект Кирка, квазинасыщения и переходные процессы в режиме больших токов, а также фундаментальные ограничения частотного диапазона мощных и высоковольтных транзисторов, рассмотрена область безопасной работы н физические явления, определяющие ее границы.
В гл. 3 проводится анализ статических состояний тиристора, методом заряда проводится расчет переходных процессов в режиме больших токов, определяются особенности построения цепи управления, приводятся схемотехнические методы защиты от эффектов du/dt, di/dt и повышения помехоустойчивости тиристоров. Рассмотрены разновидности тиристоров: симисторы, запираемые тиристоры, тиристоры-Диоды.
По гл. 4 особый интерес представляет материал по мощным полевым транзисторам, имеющим значительные перспективы: дан анализ физических основ работы, основные характеристики и параметры, основы эксплуатации в ключевом и усилительном режимах, построение цепей управления ДМДП, УМДП и СИТ. Следует подчеркнуть, что полевые приборы заметно потеснили биполярные на мировом рынке полупроводниковых приборов.
В гл. 5 рассмотрены основные свойства и параметры оптического излучения, параметры и характеристики полупроводниковых излучателей (излучающих диодов и лазеров), параметры и характеристики фотоприемников и оптопар. Изложение материала в этих главах построено по единой методической схеме: прежде всего рассматриваются физические процессы в структуре прибора, являющиеся общими как для интегральных, так и для дискретных приборов. Далее проводится параметризация приборов в основных режимах эксплуатации. В заключение приводятся особенности мощных (силовых) полупроводниковых приборов. При изложении используется метод сравнения разных классов полупроводниковых приборов между собой с точки зрения их эксплуатации в том или ином режиме.
Большое место в учебнике занимают вопросы моделирования приборов с точки зрения их эксплуатации в электронном устройстве, классификация и области применения моделей, библиотека моделей приборов, критерии выбора моделей, методы идентификации и определения параметров моделей приборов (гл. 6).
Значительное внимание уделено таким общим для применения полупроводниковых приборов вопросам, как методы расчета тепловых режимов и работа прибора совместно с охладителем и системой охлаждения (гл. 7), а также особенностям работы при последовательно-параллельном соединении приборов (гл. 8).
Учебник в значительной части ориентирован на рассмотрение силовых полупроводниковых приборов, являющихся элементной базой бурно развивающейся в последние годы области техники —нергетической (силовой) электроники. Физические основы работы слаботочных приборов (диодов, биполярных и полевых транзисторов и т. д.) достаточно полно отражены в имеющейся литературе, в то время как особенности работы силовых полупроводниковых приборов в учебной литературе необходимого отражения не нашли.
Принятые в книге условные обозначения параметров полупроводниковых приборов соответствуют действующим стандартам [18—23]; все параметры обозначаются буквами латинского алфавита, а в качестве индексов используются буквы русского алфавита. Условные обозначения основных величин приводятся в приложении.
Данная книга представляет собой фактически одну из первых попыток создания учебника по физическим основам применения полупроводниковых приборов в схеме (устройстве), т. е. предназначена прежде всего для студентов специальностей, занимающихся проектированием устройств на основе полупроводниковых приборов, но может быть полезна и студентам других специальностей, занимающихся проектированием собственно полупроводниковых приборов