Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

P-n переход. Полупроводниковый диод



 

Одностороннюю проводимость контактов двух полупроводников разных типов применяют для создания полупроводниковых выпрямителей, предназначенных для выпрямления и преобразования переменных токов. На основе этого явления работает большинство современных полупроводниковых приборов.

Область контакта между полупроводниками р- и n-типа называют электронно-дырочным (р-п) переходом. При установлении контакта часть электронов вследствие диффузии из полупроводника n-типа переходит в полупроводник p-типа, а часть дырок из р-типа - в n-тип и в результате полупроводник n-типа заряжается положительно, а р-типа отрицательно. Вследствие этого между двумя слоями объемного заряда возникает электрическое поле.

 

Рис.25 . Электронно-дырочный (р-n) переход и образование запирающего слоя

 

Это поле будет препятствовать диффузии электронов и она прекратится в тот момент, когда созданное поле возрастет настолько, что электроны не смогут перемещаться через поверхность контакта. Таким образом, в узкой области поверхности контакта образуется запирающий слой (двойной электрический слой). Запирающее напряжение для кремниевых р-n переходов примерно 0,6 В, а для германиевых - 0,35 В.

При помещении полупроводника с р-n переходом в электрическую цепь так, что область с электронной проводимостью была соединена с положительным полюсом источника тока, ширина запирающего слоя увеличивается, так как электроны и дырки отодвигаются от запирающего слоя в разные стороны.

 

Рис.26 Схема, показывающая принцип действия полупроводникового диода.

 

Ток в этом случае обусловлен наличием небольшой концентрации свободных электронов в р-полупроводнике и дырок - n-полупроводнике и называется обратным.

При помещении полупроводника в электрическую цепь так, что положительный полюс соединен с областью р-проводимости, ширина запирающего слоя уменьшается, вследствие чего движение основных носителей облегчается и через р-n переход будет течь ток, называемый прямым,

 

Рис. 27 Схема, показывающая принцип действия полупроводникового диода.

 

Таким образом, р-n переход обладает односторонней проводимостью, которая используется для выпрямления переменного тока в полупроводниковых диодах. Схематическое изображение диода представлено на рис….

 

Рис.28 Схемы диодов и их условные обозначения

 

Отношение значения прямого тока к значению обратного при напряжении называется коэффициентом выпрямления.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода имеет следующий вид:

 

Рис. 29 Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

 

Транзистор

 

Активный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три электрода, и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, называется транзистором.

Смысл этого названия заключается в том, что можно управлять током одной цепи (выходной) с помощью тока, протекающего в другой цепи (входной).

Основным типом биполярного транзистора, ток в котором обусловлен движением зарядов обоих знаков, является транзистор с двумя р—n переходами. (В полевом транзисторе ток обусловлен только электронами или дырками.) Полупроводниковый кристалл разделен гонкой областью с противоположным типом проводимости. В зависимости от проводимости этих трех областей могут быть транзисторы структуры р-n-р и n-р-n типа.

 

Рис.30 . Схемы n-р-n- и р-n-р - транзисторов

 

Средняя область называется базой, крайние области - эмиттером и коллектором. Схематическое изображение транзистора приведено на рис

 

Рис.31 . Условные обозначения транзисторов в электрических схемах

 

Эмиттерным называется р-n переход, предназначенный для вбрасывания (инжекции) неосновных носителей зарядов через этот переход в область базы.

При разомкнутой цепи эмиттера, ток в цепи коллектора мал, т.к. сопротивление р-n перехода в обратном направлении большое. При замыкании цепи эмиттера основные носители заряда эмиттера – дырки – переходят в базу и создают ток в этой цепи. Из базы значительная часть дырок проникает в коллектор (переход для них прямой) и создает ток в цепи коллектора.

Транзисторы предназначаются в основном для усиления токов, хотя в зависимости от полярности напряжений на переходах транзистора они могут выполнять функции переключателей, прерывателей и др.

Всякое изменение тока (напряжения) в цепи эмиттера будет вызывать изменение тока (напряжения) в цепи коллектора. Изменение напряжения на нагрузочном сопротивлении в цепи коллектора можно сделать гораздо больше, чем вызывающее его изменение напряжение в цепи эмиттера, т.е. получить усиление. Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, в цепи коллектора мы получим переменный ток, а на нагрузочном сопротивлении - переменное напряжение. Мощность переменного тока, выделяемая в нагрузочном сопротивлении, может быть намного больше мощности, расходуемой в цепи эмиттера, т.е. получается усиление мощности, т. к. при одинаковой силе тока в эмиттере и коллекторе напряжения на них пропорциональны сопротивлениям.

Вследствие того, что транзистор является трехэлектродным прибором, один из его электродов является общим для входной и выходной цепи. Поэтому возможны три способа включения транзистора в электрическую цепь.

 

 

Рис.32 . Способы включения транзистора в электрическую цепь с общим: эмиттером, базой и коллектором

 

Транзистор

Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Он представляет собой кри­сталл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупровод­ники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и не­проводниками тока (изоляторами). Небольшой кристалл полупроводникового ма­териала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких преде­лах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного на­пряжения смещения. Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собст­венный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзи­стора.

В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполяр­ные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наиболь­шее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Поле­вые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.

Биполярными транзисторы называют потому, что электрический ток в них образуют электрические заряды положительной и отрицательной полярно­сти. Носители положительных зарядов принято называть дырками, отрицатель­ные заряды переносятся электронами. В биполярном транзисторе используют кри­сталл из германия или кремния — основных полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления транзисторов и диодов. Поэтому и транзисторы называют одни кремниевыми, другие — : германиевыми.

Ток в газах

 

Прохождение тока через газы называется газовым разрядом. Если носители тока в газах образуются за счет внешних воздействий, не связанных с наличием электрического поля, то это несамостоятельный разряд – нагрев газа (термическая ионизация), ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, радиоактивное излучение. Если носители тока образуются за счет процессов, созданных в газе электрическим полем – самостоятельный разряд.

Несамостоятельный разряд. В результате ионизации образуется определенное число положительных ионов и электронов. При низких напряжениях в газоразрядной трубке возникает ток, но часть ионов рекомбинирует с электронами и создает нейтральные молекулы (по мере роста напряжения и силы тока). Наступает момент, когда все ионы и электроны достигают катода и анода соответственно – ток достигает насыщения.

 

Рис.33 - Вольтамперная характеристика несамостоятельного газового разряда

 

 

Самостоятельный разряд. Будем увеличивать напряжение. С какого-то момента сила тока опять будет возрастать. Ионизация происходит не за счет внешнего ионизатора, а за счет электронного удара.

 

(mv2) / 2 = eU³A,

А – работа по ионизации свободного атома. Возникает электронная лавина. Для поддержания тока нужна эмиссия электронов с катода. Эмиссия возможна за счет ударов ионов о катод и за счет его нагревания.

 

Типы самостоятельного разряда.

 

а) тлеющий разряд (при низких давлениях).

U» 1000 В. Р » 50 мм. рт. ст.

 

 

Рис.34

 

1 – Астоново темное пространство.

2 – Светящаяся катодная пленка.

Катодное темное пространство.

Тлеющее свечение.

Темное фарадеево пространство.

Положительный столб.

В области 1 выбитые электроны ускоряются и начинают в области 2 возбуждать молекулы газа. Те электроны, что пролетели 2 область без столкновений, еще ускоряются и начинают ионизировать газ, т.е. уменьшается свечение, но увеличивается концентрация носителей: ионы вначале имеют малую скорость, но в области 3 ускоряются. После 3 области концентрация носителей увеличивается (плазма) Þ рекомбинация частичная Þ свечение. Между 4 и 5 областями поля почти нет, но в фарадеево пространство ионы и электроны проникают за счет диффузии. С уменьшением концентрации падает вероятность рекомбинации Þфарадеево пространство темное. В фарадеевом пространстве уже есть поле и электроны постепенно накапливают энергию.

Положительный столб – газоразрядная плазма – светится за счет перехода возбужденных молекул в основное состояние.

б) дуговой разряд. Если соединить угольные электроды и пропустить ток, то вместе контакта из-за большого сопротивления выделяется тепло (термоэлектронная эмиссия). При раздвижении стержней начинается разряд. Между углями возникает ярко светящийся изогнутый столб газа – электрическая дуга.

в) при атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводника наблюдается газовый разряд, напоминающий корону – коронный разряд.Вызван высокой напряженностью поля. Происходит ионизация электронным ударом при атмосферном давлении.

г) искровой разряд. Происходит в воздухе при большом напряжении – молния. Сила тока достигает величину 500000 А. U = 109 В.

Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов совпадают – четвертое состояние вещества.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.