Merge branch 'master' of github.com:vasthecat/university-lectures

1 files changed, 165 insertions, 0 deletions

diff --git a/electronics/electronics.org b/electronics/electronics.org
new file mode 100644
index 0000000..4c23efe
--- /dev/null
+++ b/electronics/electronics.org
@@ -0,0 +1,165 @@
+#+TITLE: Электроника и схемотехника
+#+AUTHOR: Андрей Гущин
+#+LATEX_CLASS: Lecture
+#+LATEX_HEADER: \usepackage{../preamble}
+
+# Лекция 1 (12.02.22)
+* Электроника
+
+  Электроника - это область науки, охватывающая исследование,
+  разработку и применение различных электронных приборов и устройств.
+  Электронику принято разделять в соответствии с физическими основами
+  работы электронных приборов на вакуумную, твердотельную и
+  квантовую. Электроника проектирует приборы для передачи и генерации
+  электромагнитного излучения для передачи информации.
+
+* Классификация материалов по типу проводимости
+
+  Закон ома $U = RI$, Сопротивление $R = \rho \frac{L}{S}$,
+  проводимость $G = \frac{1}{R}$, удельная проводимость $\gamma = \frac{1}{\rho}$,
+  третий закон Ома в дифференциальной форме $j = \gamma E$.
+
+  | Материал       | проводимость | Влияние температуры T на проводимость (T растёт) |
+  |----------------+--------------+--------------------------------------------------|
+  | Диэлектрики    | < 10^-8      | Постоянная                                       |
+  | Полупроводники | 10^-8 - 10^5 | Растёт                                           |
+  | Металлы        | >10^5        | Уменьшается                                      |
+
+* Теория проводимости Друде-Лоренца
+
+  Предполагается, что независимо от вещества проводниками
+  электричества являются заряженные частицы.
+
+  Движение --- Хаотическое + Направленное
+
+  \begin{align*}
+    V &= V_T + V_E \\
+    <V> &= <V_T> + <V_E> \\
+    <V_T> &= 0, <V_E> \ne 0
+  \end{align*}
+
+** Свойства уровней энергии
+
+   1. Уровни энергии дискретны
+   2. Число уровней бесконечно
+   3. На каждом уровне не более двух электронов
+
+   # Модель атома Бора
+   # Потенциальная яма, разрешённые и запрещённые зоны
+
+** Энергитические диаграммы
+
+   $\varepslion_V$ --- валентная зона, $\varepsilon_c$ --- зона
+   проводимости, $\Delta \varepsilon$ --- запрещённая зона.
+
+   | Тип проводника | \Delta \varepsilon |
+   |----------------+--------------------|
+   | Диэлектрики    | > 3 эВ             |
+   | Полупроводники | 0.6 - 3 эВ         |
+   | Металлы        | < 0.6 эВ           |
+
+   | Материал       | \Delta \varepsilon, эВ |
+   |----------------+------------------------|
+   | Ge (IV группа) |                    0.6 |
+   | Si (IV группа) |                    1.1 |
+   | GaAs           |                        |
+
+   Уровень Ферми --- это такой уровень энергии, который означает, что
+   при температуре абсолютного нуля все электроны будут обладать
+   энергией меньшей или равной данной энергии и при этом все электроны
+   будут находиться в валентной зоне.
+
+   Статистика Ферми-Дирака:
+   \begin{equation*}
+     f(\varepsilon, T) = \frac{1}{1 + e^{\frac{\varepsilon - \varepsilon_F}{kT}}}
+   \end{equation*}
+
+   # k --- постоянная Больцмана
+
+** Полупроводники с собственным типом проводимости
+
+   Уровень Ферми у полупроводников находится в середине валентной
+   зоны.  При температуре, близкой к абсолютному нулю, полупроводники
+   становятся близки к диэлектрикам.
+
+   # Генерация электронно-дырочной пары
+   # Рекомбинация электронно-дырочной пары
+   # Собственный тип проводимости i
+
+** Концентрация носителей заряда
+
+   Концентрация --- число носителей зарядов на единицу объёма.
+
+   При условии $(\varepsilon - \varepsilon_F) >> kT$ имеет место
+   /распределение Максвелла-Больцмана по энергиям/:
+   \begin{align*}
+     f_n &= e^{\frac{-(\varepsilon - \varepsilon_F)}{kT}}, \text{электроны} \\
+     f_p &= e^{\frac{-(\varepsilon_F - \varepsilon)}{kT}}, \text{дырки}
+   \end{align*}
+
+   Получаем, что концентрация носителей в единице объёма полупроводника
+   \begin{equation*}
+     n = p = n_i \approx e^\frac{-\Delta \varepsilon}{2kT}
+   \end{equation*}
+
+   *Зависит только от температуры и ширины запрещённой зоны.*
+
+# Лекция 2 (19.02.22)
+* Примесные полупроводники
+
+# Легирование
+
+  1. Добавление атомов примесей и химически чистому п/п меняет тип
+     проводимости (тип основных ночителей заряда). Донорные примеси
+     обеспечивают проводимость n-типа (основные носители
+     электроны). акцепторные проводимосит p-типа (основные носители
+     дырки).
+  2. В рабочей области температур (200-400К) концентрация носителей
+     заряда в примесях п/п определяется концентрацией атомов примесей.
+  3. Для п/п n-типов проводимости уровень Ферми смещается к зоне
+     проводимости, для п/п с p-типом проводимости уровень Ферми
+     смещается к валентной зоне.
+
+* Электрические токи в полупроводниках
+
+** Дрейфовый ток
+
+   Ток зарядов под действием приложенного электрического поля.
+   По II закону Ньютона: $ma = qE$ ($q = +e, -1$ для дырок и электронов).
+   \begin{equation*}
+     \nu = \frac{q \tau}{m} E, \quad <\nu> = \mu E
+   \end{equation*}
+
+   Подвижнось носителей зарядов (электронов или дырок, [м^2 / (В * c)])
+   \begin{equation*}
+     \mu = \frac{q \tau_0}{m}
+   \end{equation*}
+
+   *Плотность дрейфового тока (по определению)*
+   \[ f_E = qn <\nu> = q n \mu E = \gamma E \]
+
+   *Плотность полного (электронного и дырочного) дрейфового тока в п/п*
+   \[ f_E = |q| (n \mu_n + p \mu_p) E \]
+
+   *Плотность дрейфового тока в п/п i-типа*
+   \[ f_E = |q| n_i (\mu_n + \mu_p) E \approx e^\frac{\Delta}{2kT} E \]
+
+   *Плотность дрейфового тока в п/п n-типа (d - донор)*
+   \[ f_{En} =  |q| n_n \mu_n E \approx N_d E \]
+
+   *Плотность дрейфового тока в п/п p-типа (a - акцептор)*
+   \[ f_{En} =  |q| n_p \mu_p E \approx N_a E \]
+
+  
+** Диффузионный ток
+   Неравномерной распределение носителей заряда (диффузионный ток)
+
+* Виды контактов. Металл-металл и металл-полупроводник.
+
+
+# Лекция 3 (05.03.22)
+* Полупроводниковый диод
+  Полупроводниковый диод - это прибор, который содержит один или
+  несколько переходов и два вывода для подключения к цепи.
+
+