Онлайн


Полупроводниковые приборы

11

Резкий переход от материала с проводимостью p-типа к материалу с проводимостью n-типа получают сплавлением материалов различной проводимости. Модель наглядно демонстрирует принцип действия диода и транзистора.

   

Подробнее

Из полупроводниковых приборов рассмотрим диоды и транзисторы. В них ток I не пропорционален напряжению U и поэтому не имеет смысла говорить о сопротивлении: отношение U/I не является постоянной величиной, независимой от U, а зависит от UДля применения подобных устройств необходимо знать вид зависимости I=I(U), график этой функции называют вольт-амперной характеристикой (сокращённо ВАХ). Существует огромное количество различных диодов и транзисторов, чтобы их различать используется специальная система обозначений, а их свойства можно найти в специальных справочниках. 

1. Диод

Диод - это электронно-дырочный переход} с омическими контактами. Вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 1. (Придерживаясь принятого нами подхода, не будем объяснять физику явлений, определяющих функционирование этого элемента.) На условном обозначении направление стрелки диода (так обозначают анод элемента) совпадает с направлением тока через диод. Обратный ток для диодов общего применения измеряется в наноамперах и его, как правило, можно не принимать во внимание. до тех пор, пока напряжение на диоде не достигнет значения напряжения пробоя. (это напряжение называют также пиковым обратным напряжением). (Как правило, на диод подают такое напряжение, которое не может вызвать пробой; исключение составляет упомянутый ранее зенеровский диод.) Падение напряжения на диоде при прямом токе через него, составляет от 0,5 до 0,8 В. Таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении и не пропускающий в противоположном. Отметим, что диод не обладает сопротивлением в обычном смысле, т. е. он не подчиняется закону Ома. Диод представляет собой пассивный нелинейный элемент с двумя выводами.

11.1 Рис. 1. В левом верхнем углу показано обозначение диода на принципиальных схемах. Чуть ниже - его структура: он состоит из двух две полупроводниковых пластины p- и  n-типов, к внешним поверхностям которых подходят электроды. Вольт-амперные характеристики диодов похожи. При прямом напряжении (U>0) ток увеличивается экспоненциально. При обратном напряжении (U1<U<0) ток очень мал, а напряжение пробоя  |U1| составляет обычно десятки или сотни вольт, а для специальных диодов - тысячи вольт. Так что в ВАХ масштаб на осях для прямого и для обратного токов обычно выбирают различным. (гораздо меньше, чем показано на графике). При обратном напряжении U < U1 ток лавинообразно увеличивается и это может привести к необратимым изменениям структуры pn-перехода диода. ВАХ диода объясняет его работу при постоянном (или медленно меняющемся) напряжении.
Кроме максимального прямого тока и максимального обратного напряжения, диод характеризуется также ёмкостью, током утечки, временем восстановления обратного сопротивления.


2. Транзистор (биполярный)

Транзистор - это один из основных «активных» электронных приборов современной электроники. Транзистор представляет собой пассивный нелинейный элемент с двумя выводами. За счет внешнего источника питания транзистор может усиливать входной сигнал по мощности. Отметим, что увеличение амплитуды сигнала не является в данном случае определяющим. Он имеет три вывода, которые принято называть базой (далее Б), эмиттером (Э) и  коллектором (К).

Бывают транзисторы n-p-n- и p-n-p-типа. Транзисторы п — р — n-типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов р — п — р-типа правила сохраняются, но следует учесть,что oни имеют похожие свойства, но полярности напряжений на их выводах отличаются знаком. Цепи БЭ и БК работают как диоды и обычно диод БЭ открыт, а диод БК смещен в обратном направлении. Поэтому коллектор транзистора n-p-n-типа имеет более положительный потенциал, чем эмиттер и база (стрелка между Э и Б в обозначении транзистора указывает направление тока). При правильном включении транзистора ток коллектора IК приблизительно прямо пропорционален току базы IБ и можно записать следующее соотношение:

    IК = β IБ,

где β - коэффициент усиления по току, обычно равный нескольким сотням. Поэтому небольшой ток базы IБ управляет большим током коллектора IК , это и есть усиление сигнала.

Биполярный n-p-n-транзистор имеет три области (см. рис. 2 б}): центральную область p-типа (база) и по краям две области n-типа (эмиттер и коллектор).

                                
  11.2Рис. 2. а) Обозначение транзисторов на принципиальных схемах. б) Структура n-p-n-транзистора: между двумя полупроводниковыми пластинами n-типа помещена тонкая пластина p-типа, три полупроводниковые пластины p- и  n-типов, к этим пластинам подходят электроды Э, Б и К. Показана одна из возможных схем его включения.
- схема с общим эмиттером (общий провод двух источников питания подключен к эмиттеру). он состоит из двух
Коллектор и эмиттер не симметричны, концентрация электронов проводимости в эмиттере значительно выше концентрации дырок в базе. Положительное напряжение на базе притягивает электроны из эмиттера в область базы и увеличивает поток электронов из эмиттера в коллектор  через тонкую p-область базы. При этом небольшой ток базы IБ управляет большим током коллектора IК (от К к Э). Модель