Напівпровідникові діоди, їх будова, характеристики

Напівпровідниковим діодом називається електроперетворювальний прилад з одним p-n переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різних типів (мал.4,а, де U_З – запірна різниця потенціалів, утворена подвійним шаром іонів на p-n переході).

Так як властивості, електричні характеристики та параметри будь-якого напівпровідникового діода визначаються p-n переходом, то вольт-амперною характеристикою діода є вольт-амперна характеристика p-n переходу
(мал.5).

Основними параметрами напівпровідникового діода є припустимий прямий струм І_пр і відповідна йому пряма напруга U_пр, а також припустима

Напівпровідникові діоди широко використовуються для розв’язання широкого кола задач промислової електроніки. Малі маси та габарити, високий опір зворотному і малий опір прямому струмам, висока швидкодія дають змогу використовувати їх практично в будь-яких виробах сучасної електроніки. За призначенням напівпровідникові діоди поділяються на випрямляючі, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опорні (стабілітрони), перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди тощо.

Стабілітрон

Схематичне позначення стабілітрона та його вольт-амперна характеристика наведені на (мал.6 а, б). Якщо зворотна напруга такого діода перевищує U_прб, відбувається лавинний пробій p-n - переходу. При цьому спостерігається помітне зростання зворотного струму від І_{min ст} до І_{max ст.} при майже незмінному значенні зворотної напруги. Якщо зворотний струм через стабілітрон не перевищує припустимого значення І_{max ст} , то електричний пробій не приводить до руйнування діода протягом як завгодно тривалого часу його роботи.

Це явище і використане в стабілітронах, які вмикають в схеми стабілізації джерел постійної напруги (мал.6, в), коли напруга джерела нестабільна, а опір навантаження R_н в більшості випадків постійний. На мал.6, в R_обм – обмежувальний опір для забезпечення необхідного значення стабілізованої напруги на навантаженні R_н. Якщо напруга на затискачах джерела U_вх коливається від U_min до U_max, то для визначення величини обмежувального опору знаходять середнє значення напруги джерела U_{вх ср} і середнє значення струму через стабілітрон (мал.6, б):

,

.

Величину обмежувального опору обирають, виходячи з законів Кірхгофа: за першим законом Кірхгофа І=І_ср+І_н, за другим законом Кірхгофа

, де U_cт – напруга стабілізації, що відповідає середній точці “С” на вольт-амперній характеристиці (мал.6, б). Звідси маємо:

.

Транзистор

Транзистори - напівпровідникові прилади, які використовуються для підсилення електричних сигналів за потужністю. За принципом дії транзистори діляться на біполярніі уніполярні (або польові). Біполярні транзистори – це прилади, в яких струм зумовлений рухом носіїв зарядів двох знаків – електронів і дірок. В уніполярних транзисторах струм зумовлений рухом носіїв тільки одного знака(або електронами, або дірками).

Біполярний транзистор - це напівпровідниковий пристрій, що має два p-n – переходи та три електроди. Середній електрод називається базою (Б) , два крайні – емітером (Е) і колектором (К) (рис.59).

Перший p-n – перехід, між емітером і базою, називають емітерним, другий перехід, між базою і колектором, називають колекторним. У транзисторах завжди до емітерного переходу прикладається пряма напруга, а до колекторного – зворотна. Змінюючи напругу між емітером та базою (U_ЕБ ) можна керувати значенням струму, що протікає від емітера до колектора.

Розрізняють два типи транзисторів: p-n-p – типа (рис.59,а) та n-p-n – типа (рис.59,б). Їх схематичні позначення наведені на рис.59,д і 59,е відповідно.

Принцип роботи

Розглянемо процеси, що відбуваються в транзисторі, на прикладі транзистора p-n- p – типу за схемою під’єднання в зовнішнє коло зі спільною базою (рис.60).

До емітерного переходу (ЕП) підводиться пряма напруга U_ЕБ, тому навіть при невеликих напругах через цей перехід протікає струм, який обумовлений переходом дірок з емітера в область бази (інжекцією дірок). База виконана з n – напівпровідника, тому дірки для неї є неосновними носіями заряду. Дірки, які потрапили в область бази, частково рекомбінують з електронами бази, створюючи базовий струм І_Б.

До колекторного переходу (КП) підводиться зворотна напруга U_БК., яка набагато більша за U_ЕБ. Решта частина дірок під дією цієї напруги долає колекторний перехід (КП), досягає колектора, створюючи колекторний струм І_К. В області контакту колектора із зовнішнім колом дірки рекомбінують з електронами, які підходять з зовнішнього кола від джерела напруги Е_К. Отже, змінюючи напругу між емітером і базою, будемо змінювати концентрацію неосновних носіїв струму в базі, і тим самим регулювати струм колектор-емітер. Зміна кількості неосновних носіїв струму в базі відповідає силі струму бази І_Б.

Як випливає з вищесказаного, транзистор p-n-p – типу підпорядковується таким правилам:

а) емітер має вищий потенціал, ніж потенціал колектора;

б) переходи емітер-база (ЕП) та база-колектор (КП) працюють як діоди (перший завжди відкритий, другий – закритий) (рис.59, в,г);

в) струм колектора пропорційний струму бази, тобто І_К = β І_Б, де β – коефіцієнт передачі струму бази;

г) кожен транзистор характеризується максимальним значенням струму колектора (І_К) та бази ( І_Б ) і напругою між колектором та емітером.

Для збільшення коефіцієнта передачі β товщину бази намагаються зробити якомога меншою.

Оскільки емітерний перехід вмикається прямо, то він має малий опір. Колекторний перехід вмикається зворотно й тому має дуже великий опір. До емітера прикладається невелика напруга (U_ЕБ ), а до колекторного (U_БК) дуже велика (десятки вольт), тобто маємо

U_БК > U_КЕ >> U_ЕБ.

Як видно із рис.60 зв’язок між струмами транзистора такий: І_Е = І_К + І_Б, причому І_Е > І_К >> І_Б.

Таким чином, база грає роль регулювального опору R_р (рис. 6.15). Змінюючи опір R_р, змінюємо величину колекторного струму:

.

Транзистор n-p-n – типу працює аналогічно, але до нього подаються напруги протилежної полярності (рис.59 б, г,е).

Поиск по сайту: