Область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности называется электронно-дырочным или рn – переходом
Вследствие теплового движения в электрическое поле перехода попадают
неосновные носители зарядов (электроны из р – области, дырки из n - области).
Движение неосновных носителей заряда называют тепловым или дрейфовым током и направлено встречно диффузионному току основных носителей зарядов. При отсутствии внешнего электрического поля дрейфовый ток уравновешивается диффузионным и суммарный ток через переход равен нулю.
|
Приложим к рn – переходу внешнее напряжение. Минус источника к полупроводнику n – типа, а плюс источника к полупроводнику р – типа (рис. 1.6.в)
В этом случае электрическое поле источника ЕВ и рn – перехода ЕП будут направлены в разные стороны. Электрическое поле источника скомпенсирует поле перехода Е рез=Ев-Еn.
Действие запирающего слоя ослабится, потенциальный барьер понизится, увеличится число свободных электронов, проникающих из n области в р область и дырок – в обратном направлении т. е. произойдет увеличение тока через электронно-дырочный переход, уменьшится его сопротивление.
Такое включение рn – перехода (и источника) называется прямым (рис.1.6 в)
|
(за счет основных носителей заряда)
Рис. 1.6. Прохождение тока через рn – переход:
а – общий вид,
б – обратное включение рn – перехода,
в – прямое включение рn – перехода
4. Вольт-амперная характеристика рn – перехода
5. Классификация полупроводниковых приборов.
Прибор с двумя выводами, содержащий один электронно-дырочный переход называется полупроводниковым диодом.
Его условия обозначены
Прямое включение диода
Обратное включение
Классификация полупроводниковых диодов.
| выпрямительные, | |
| кремниевые стабилитроны, | |
| фотодиоды, | |
| светодиоды, | |
     По назначению
| туннельные, | |
| импульсные, | ||
| лавинно – пролетные, | ||
| варикапы, | ||
| диоды Ганка. |
германиевые, (1 или Г)
По материалу кремниевые, (2или К)
изготовления на основе соединения галлия. (3 или А)
на основе соединений индия (4 или И)
По способу получения точечные,
электронно-дырочного перехода плоскостные.
низкой частоты (НЧ), (1,4, 7)
По частоте средней частоты (СЧ), (2, 5, 8)
высокой частоты (ВЧ). (3,6, 9)
малой мощности, (1, 2, 3,)
По мощности средней мощности, ( 4, 5, 6)
большей мощности. (7, 8, 9)
6. Устройство выпрямительных и опорных диодов.
Выпрямительный полупроводниковый диод - диод, предназначенный для выпрямления переменного тока.
Обычно к диоду прикладывается прямое напряжение не более 1В (рис.1.7)
Если же приложить к диоду прямое напряжение больше допустимого, то возникает недопустимо большой прямой ток, что вызывает нагрев полупроводника и подводящих проводов, это приводит к разрушению диода.
При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нём возникает незначительный обратный ток (рис.1.7), обусловленный движением не основных носителей заряда через pn-переход.
При повышении температуры количество не основных носителей заряда в pn-переходе увеличивается, обратный ток возрастает.
В случае приложения к диоду большого обратного напряжения произойдет лавинный пробой pn-перехода и его разрушение.
Диод теряет свое основное свойство - одностороннюю проводимость.
Основными параметрами выпрямительных диодов являются: максимально допустимый прямой ток Iпрmax; максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр max.
| Тип диода | Параметры | ||
| Максимально допустимый прямой ток I пр max, A | Максимально допустимое обратное напряжение Uобр max, В | Обратный ток Iобр, мкА | |
| Точечный | 0,01-0,1 | 25-150 | 0,1-100 |
| Выпрямительный маломощный | 0,1-1,0 | 200-1000 | 10-200 |
| Выпрямительный мощный | 1-2000 | 200-4000 | 1000-5000 |
| Выпрямительный импульсный | 0,01-0,5 | 10-100 | 01-50 |
Сопоставление параметров различных выпрямительных диодов даны в таблице 1.1.
Таблица 1.1Значение параметров выпрямительных диодов
Для получения более высокого обратного напряжения диоды включают последовательно (подходящими являются диоды с идентичными параметрами).В настоящее время выпускаются диодные столбы, в которыхподключены последовательно от 5 до 50 диодов. Обратное напряжение таких столбов лежит в пределах 2-40кВ. Для увеличения прямого тока диоды соединяют параллельно.
Кремневые стабилитроны
(опорные диоды)
Стабилитроны предназначены для стабилизации постоянного напряжения.
Стабилитроны отличаются от силовых диодов повышенной концентрацией носителей зарядов, благодаря чему напряженность электрического поля перехода возрастает настолько, что при сравнительно небольшом обратном напряжении возникает лавинный пробой перехода и ток через переход резко возрастает, а напряжение на стабилитроне остается почти неизмененным.
Лавинный пробой не вызывает разрушения электронно-дырочного перехода, так как с уменьшением обратного напряжения прекращается размножение носителей заряда и ток через переход уменьшается.
Значит нормальным режимом работы стабилитрона является работа при обратном напряжении, соответствующему обратимому электрическому пробою р-n перехода.
Явление обратимого пробоя наблюдается как у кремниевых, так и германиевых диодов. Однако в качестве материала для стабилитронов используется кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью. Основной характеристикой стабилитрона является его вольтамперная характеристика.
Рис.1.9. а) Вольтамперная характеристика и условное обозначение стабилитрона в схеме,
б)схема включения кремниевого стабилитрона..
В прямом направлении вольтамперная характеристика стабилитрона практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода.
Обратная ветвь ее имеет вид прямой, проходящей почти параллельно оси токов. При изменении тока в широких пределах падение напряжения на приборе практически не изменяется. Избыток напряжения (Uвх-Uст) гасится по балластном резисторе Rб, а напряжение Uст (нагрузка подключена параллельно стабилитрону), остается неизменным.
Uст=Uвх-(Iст+Iн)*Rб
Если при изменении входного напряжения Uвх ток стабилизации Iст не выходит за пределы I ст min-Iст max, то напряжение стабилизации меняется D Uст на малую величину.
Полупроводниковые стабилитроны выпускаются на напряжение от 0.1 до 190В при токах от 0.1мА до 2А. Дифференциальное сопротивление колеблется от 0.1 до 500(Ом).
Параллельное соединение полупроводниковых стабилитронов не допускается, т. к. практически невозможно подобрать диода с одинаковыми параметрами.
Последовательно соединяют любое число стабилитронов. Тогда напряжение стабилизации будет равно сумме напряжений стабилизации отдельных стабилитронов.
Допустимая величина обратного тока через стабилитрон ограничивается допустимой мощностью рассеяния.
Превышение предельно допустимого тока приводит к перегреву рn – перехода и его тепловому пробою.
7. Устройство и принцип работы биполярного транзистора.
Трехэлектродный полупроводниковый прибор, с двумя рn– переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний.
В них используются заряды носителей обоих полярностей, поэтому они называются биполярными.
Основным элементом плоскостного биполярного транзистора является кристалл германия или кремния, в котором созданы три области. Две крайние всегда обладают проводимостью одного типа, средняя – другой.
Транзисторы, у которых крайние области электронной проводимости называются транзисторами n–р–n–типа, а крайние области с дырочной проводимостью транзисторами р–n–р–типа.
Физические процессы, происходящие в этих транзисторах аналогичные, и отличаются полярностью включения источников, а так же тем, что в транзисторе
n–p–n–типа электрический ток создается в основном электронами, а в р–n–р–типа – дырками.
Области получили название:
эмиттер – область испускающая (эмитирующая) носители заряда,
коллектор – область, собирающая носители заряда,
база – средняя область, управляющая.
К каждой из областей припаяны: выводы при помощи, которых прибор включается в схему (рис.1.10)
Принцип работы транзистора.
а) n–р– n, б) р–n– р
Транзистор представляет собой, по существу, два полупроводниковых диода, имеющих одну общую базу.
К переходу эмиттер – база (эмиттерный) прикладывается напряжение в прямом включении, а к переходу коллектор – база (коллекторный) – в обратном
8. Схемы включения биполярного транзистора.
К транзистору, который имеет три вывода, подключается входная и выходная цепи, поэтому один из электродов является общим для входной и выходной цепи.
Различают схемы включения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.
Эти схемы имеют разные свойства, но принцип усиления электрических колебаний в них одинаков.
Рис.1.11 Схемы включения транзистора
а) n–р–n, (ОБ, ОЭ, ОК) б) р–n–р (ОБ, ОЭ, ОК)
Схема с общей базой.
Усилительный каскад, собранный по этой схеме обладает малым входным (единицы Ом – прямое включение рn - перехода) и большим выходным (сотни кОм обратное включение рn - перехода) сопротивлением. Малое входное сопротивление является его недостатком, т.к. оно оказывает шунтирующее действие в многокаскадных усилителях, что снижает коэффициент усиления по напряжению и мощности.
Это ограничивает применение данной схемы в усилительных каскадах.
(т.к. Iэ=IК+IБ)
h 21Б называется коэффициентом передачи по току.
Эта схема дает усиления по напряжению до 1000 и такое же усиление по мощности.
Схема с общим эмиттером.
В этой схеме входным током является малый ток базы – IБ, поэтому его входное сопротивление значительно выше (сотни Ом), чем входное сопротивление в схеме с общей базой (единицы Ом). Выходное сопротивление достаточно велико (десятки кОм).
Важнейшим достоинством этой схемы является большое усиление по току.
Коэффициент усиления по напряжению имеет примерно ту же величину, что и в схеме с общей базой.
Коэффициент усиления по мощности Кр=Кu*Кi значительно выше, чем в схеме с общей базой, т.к h21э>h21Б и составляет несколько тысяч.
Формулы пересчета.
