namai › Salonas › Palyginkite puslaidininkinį diodą ir tranzistorių. Puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai, taikymo sritis

Palyginkite puslaidininkinį diodą ir tranzistorių. Puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai, taikymo sritis

Puslaidininkinis diodas vadinamas ne signalo stiprinančiu elektroniniu elementu, turinčiu vieną elektronų skylės sandūrą ir du išvadus iš anodo ir katodo.

Diodai naudojami elektroninėse grandinėse elektros signalų parametrams konvertuoti (rektifikacija, stabilizavimas). Diodai skiriasi savo dizainu ( taškas, plokštuminis) ir pagal diagramose esantį simbolį (atsižvelgiant į funkcinę paskirtį).

Veikimo principas diodas tai iliustruoja voltų amperų charakteristikos, tie. srovės priklausomybė nuo veikiančios įtampos, (1 pav.), iš kurios matyti, kad diodas turi vienpusis laidumas(praleidžia srovę į priekį ir praktiškai nepraleidžia atgaline kryptimi).

Diodas jungiamas į priekį, kai teigiamas srovės šaltinio polius yra prijungtas prie anodo A, o neigiamas srovės šaltinio polius yra prijungtas prie katodo K. Tai atitinka būdingą šaką pirmame kvadrante. Per diodą praeina didelė srovė.

Prisijungus prie atvirkščiai kryptimi (pliusas - į katodą, minusas - į anodą), atvirkštinė srovė I OBR, einanti per diodą, yra labai maža (mkA).

Šiuo atveju nuolatinė srovė, kaip matyti iš Fig. 1, labai priklauso nuo temperatūros aplinka (didėja didėjant temperatūrai).

Ryžiai. 1. Diodo srovės-įtampos charakteristika.

Diodo charakteristikos:

Be svarstomos srovės įtampos, pagrindinės diodo charakteristikos yra:

Didžiausia tiesioginė srovė aš KT ;

Atsparumas temperatūrai t 0 maks ;

Maksimali atvirkštinė įtampa U KP .

DC varža R 0 = U KT / aš KT ;

AC atsparumas R i = Δ U KT / Δ aš KT ;

Srovės-įtampos charakteristikos nuolydis S = Δ aš KT / Δ U KT ;

Energijos praradimas anode P A = U KT aš KT ;

Diodų naudojimo sritis: kintamosios srovės ištaisymas; įtampos stabilizavimas; darbas fotovoltiniuose įrenginiuose; darbas mikrobangų grandinėse ir kt.

Tranzistoriai

tranzistoriai - puslaidininkiniai įtaisai su dviem r-p leidžiantys perėjimai padidinti elektrinis signalas ir paprastai turintis tris gnybtus. Padalinta į dvi grupes - bipolinis ir vienpolis(laukas). Pagrindinės dvipolio tranzistoriaus prijungimo grandinės - su bendra baze, su bendru emiteriu ir su bendru kolektoriumi. Perjungimo grandinės tipas lemia, kokiu parametru tranzistorius sustiprina signalą (įtampa, srovė ir kt.).

Bipolinis tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas su trijų sluoksnių struktūra su kintamo tipo laidumu ir dviem r-p perėjimai, leidžiantys sustiprinti elektrinius signalus ir turintys tris išėjimus. Išskirti tiesioginis (p-n-p) ir atvirkštinis (n-p-n) tranzistoriai, kurių skirtumas yra poliškumas maitinimo šaltinių prijungimas.

Tranzistoriaus komponentai atitinka jo sluoksnius ir yra pavadinti: skleidėjas- įkrovos emiteris, bazė– bazė ir kolekcininkas– įkrovos rinktuvas. Sluoksniai turi

skirtingas laidumas: ekstremalus (emiteris ir kolektorius) - skylėp, o tarp jų esanti bazė yra elektroninisn(2 pav.).

Emiterio bazės kolektorius

ašai ašĮ

ĮėjimasIšeiti

Ryžiai. 2. Bipolinis p- n- p tranzistorius prijungtas pagal bendrą bazinę grandinę

Panagrinėkime tranzistoriaus veikimo principą. Kaip matyti pav. 2, tranzistorius turi dvi jungtis: p- n Ir n- p. Pirmasis perėjimas ( p- n) įtrauktas į tiesioginis kryptis, t.y. minus k n-sritys, ir plius prie R– plotai – į emiterį. Todėl per šią sankryžą tekės nuolatinė srovė. Antrasis perėjimas ( n- p) įtrauktas į atvirkščiai kryptis, t.y. plius prie pagrindo ( n- plotas), o minusas iki R– plotai – į kolektorių. Jei atidarysite emiterio (įvesties) grandinę, ši jungtis, esanti po atvirkščiaiU Kįjungus jis bus praktiškai uždarytas.

Jei uždarysite emiterio grandinę (pritaikysite įvesties signalą), per pirmąją (atidarę) p- n sandūroje tekės nuolatinė srovė, suformuota įleidus skylutes į pagrindą. Kadangi pagrindo storis mažas, o puslaidininkiai, iš kurių gaminamas emiteris ir bazė, parenkami su skirtingomis pagrindinių nešėjų koncentracijomis, t.y. skylių koncentracija emiteryje yra žymiai didesnė nei elektronų koncentracija bazėje, bazėje bus tiek skylių, kad tik nedidelė jų dalis pamate ras rekombinacijai reikalingus elektronus. Todėl įeinančios skylės, kurios nerekombinavo su elektronais, pradeda judėti į tas pagrindo sritis, kurios yra greta kolektoriaus. Teigiamos skylės artėja prie kolektoriaus sankryžos, patiriamas stipraus greitėjimo lauko veikimas iš galingos kolektoriaus baterijos U K, pereina į kolektorių ir rekombinuoja su elektronais, patenkančiais į kolektorių iš neigiamo akumuliatoriaus poliaus. Dėl to kolektoriaus srovė pradės tekėti per kolektoriaus sandūrą aš K, nepaisant to, kad sankryžoje taikoma atvirkštinė įtampa. Ši kolektoriaus srovė sudarys 90 - 95% emiterio srovės (dėl nedaug rekombinuojančių skylių, likusių bazėje). Tačiau svarbiausia yra tai, kad kolektoriaus srovės dydis priklausys nuo emiterio srovės dydžio ir keisis proporcingai jos pokyčiui. Iš tiesų, kuo didesnė srovė per emiterio sandūrą, t.y. kuo daugiau skylių emiteris įleidžia į pagrindą, tuo didesnė kolektoriaus srovė, kuri priklauso nuo šių skylių skaičiaus. Tai veda prie praktiškai svarbios išvados:

Reguliuodami tranzistoriaus emiterio srovę, galite valdyti kolektoriaus srovę, o šiuo atveju atsiranda stiprinimo efektas.

Ši savybė nulėmė tranzistorių naudojimo sritį stiprintuvo grandinėse. Taigi, pavyzdžiui, bus pateikta nagrinėjama tranzistoriaus su bendra baze prijungimo grandinė įtampos ir galios padidėjimasįvesties signalas, nes išėjimo apkrovos pasipriešinimas Rn tinkamai parinkus akumuliatoriaus įtampą UĮ gali būti žymiai didesnė už varžą stiprintuvo įėjime, t.y. R H >> R VX, ir įvestis (emiter aš E) ir išvestis (kolektorius aš KAM) srovės yra maždaug lygios. Taigi į įvestį tiekiama įtampa ir galia U VX = aš VX * R VX ; Pįvestis= aš 2 įvestis * Rįvestis mažesnės nei atitinkamos įtampos ir galios vertės išėjime, ty apkrovoje U = aš KAM * R N ; Pn = aš K 2 * RN. Šiuo atveju srovės padidėjimo nėra (nes aš E ~ = aš KAM).

Tačiau dažniau naudojama kita tranzistoriaus prijungimo grandinė - bendra emiterio grandinė, kuriame, be galios stiprinimo, yra ir srovės stiprinimas. Sujungimo schema su bendru kolektoriumi naudojamas dirbant su mažo pasipriešinimo apkrova arba iš didelio pasipriešinimo jutiklio. Tokios grandinės stiprinimas pagal srovę ir galią yra keliasdešimt vienetų, o pagal įtampą - apie vieną.

Norint teisingai suprasti tranzistorių grandinių veikimo principą, būtina gerai suprasti tranzistoriaus, kaip stiprintuvo, veikimo ypatybes, kurios yra tokios: skirtingai nuo vakuuminio vamzdžio, tranzistorius turi mažą įėjimo varžą. dauguma perjungimo grandinių, dėl kurių manoma, kad tranzistorius valdomas įėjimo, o ne įėjimo srove.įtampa; dėl mažos tranzistorinių stiprintuvų įėjimo varžos pastebimai suvartojama galia (srovė) iš sustiprintų virpesių šaltinio, todėl šiuose stiprintuvuose svarbiausia ne įtampos, o srovės arba galios padidėjimas; galios padidėjimas k nustatomas pagal naudingosios apkrovos stiprintuvo išėjimo galios ir stiprintuvo įėjimo varžos išeikvotos galios santykį; Tranzistoriaus parametrai ir charakteristikos labai priklauso nuo temperatūros ir pasirinkto režimo, o tai yra trūkumas.

Tranzistoriaus charakteristikos:

Įėjimo, išėjimo ir pereinamojo laikotarpio charakteristikos, pav. 3,

Ryžiai. 3. Tranzistorių charakteristikos: a – įėjimas, b – išėjimas, c – perėjimas

Stiprinimas (perdavimas) bendrais bruožais, įtampa, srovė, galia

k=ΔΧ OUT /ΔΧ IN;ΔU OUT /ΔU IN;ΔI OUT /ΔI IN;ΔP OUT /ΔP IN.

Tranzistoriaus kintamosios srovės įėjimo varža

R = ΔU ВХ / ΔI ВХ.

Kolektoriaus galios praradimas

P K = U K * I K .

Tranzistorių pranašumai: maži matmenys, didelis jautrumas, be inercijos; ilgaamžiškumas; trūkumai: reikšminga išorinių veiksnių įtaka (temperatūra, e/m laukai, radioaktyvioji spinduliuotė ir kt.).

Naudojimo sritis tranzistoriai: laidinis ir radijo ryšys; TV; radaras; radijo navigacija; automatika ir telemechanika; Kompiuterių inžinerija; matavimo technologija; stiprintuvų grandinės; atminties lustai skaitmeniniams įrenginiams ir kt.

Parengta

10 "A" klasės mokinys

Mokykla Nr.610

Ivchinas Aleksejus

Santrauka šia tema:

„Puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai, jų taikymo sritys“

1. Puslaidininkiai: teorija ir savybės
2. Pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai (struktūra ir taikymas)
3. Puslaidininkinių įtaisų tipai
4. Gamyba
5. Taikymo sritis

1. Puslaidininkiai: teorija ir savybės

Pirmiausia reikia susipažinti su laidumo mechanizmu puslaidininkiuose. Ir norėdami tai padaryti, turite suprasti ryšių, laikančių puslaidininkinio kristalo atomus šalia vienas kito, prigimtį. Pavyzdžiui, apsvarstykite silicio kristalą.

Silicis yra keturiavalentis elementas. Tai reiškia, kad išorėje

Atomo apvalkale yra keturi elektronai, kurie palyginti silpnai surišti su branduoliu. Kiekvieno silicio atomo artimiausių kaimynų skaičius taip pat yra keturi. Kaimyninių atomų poros sąveika atliekama naudojant polielektroninį ryšį, vadinamą kovalentiniu ryšiu. Formuojant šį ryšį iš kiekvieno atomo dalyvauja po vieną valentinį elektroną, kuris atsiskiria nuo atomų (kolektyvizuojasi kristalo) ir judant didžiąją laiko dalį praleidžia erdvėje tarp gretimų atomų. Jų neigiamas krūvis teigiamus silicio jonus laiko šalia vienas kito. Kiekvienas atomas sudaro keturis ryšius su savo kaimynais, ir bet kuris valentinis elektronas gali judėti palei vieną iš jų. Pasiekęs gretimą atomą, jis gali pereiti prie kito, o tada toliau per visą kristalą.
Valentiniai elektronai priklauso visam kristalui. Silicio poros elektronų ryšiai yra gana stiprūs ir nenutrūksta esant žemai temperatūrai. Todėl silicis žemoje temperatūroje nepraleidžia elektros srovės. Valentiniai elektronai, dalyvaujantys atomų surišime, yra tvirtai prisirišę prie kristalinės gardelės, o išorinis elektrinis laukas neturi pastebimos įtakos jų judėjimui.

Elektroninis laidumas.
Kaitinant silicį, didėja dalelių kinetinė energija ir atskiri ryšiai nutrūksta. Kai kurie elektronai palieka savo orbitas ir tampa laisvi, kaip elektronai metale. Elektriniame lauke jie juda tarp gardelės mazgų, sudarydami elektros srovę.
Puslaidininkių laidumas dėl laisvųjų elektronų buvimo metaluose vadinamas elektroniniu laidumu. Kylant temperatūrai, didėja nutrūkusių ryšių, taigi ir laisvųjų elektronų, skaičius. Kaitinant nuo 300 iki 700 K, laisvųjų krūvininkų skaičius padidėja nuo 10,17 iki 10,24 1/m.3. Tai veda prie pasipriešinimo sumažėjimo.

Skylės laidumas.

Nutrūkus ryšiui, susidaro laisva vieta, kurioje trūksta elektrono.
Tai vadinama skyle. Skylė turi perteklinį teigiamą krūvį, palyginti su kitomis normaliomis jungtimis. Skylės padėtis kristale nėra pastovi. Toliau nurodytas procesas vyksta nuolat. Vienas iš elektronų, užtikrinančių atomų ryšį, peršoka į susidariusių skylių vietą ir čia atkuria poros-elektronų ryšį. ir iš kur šis elektronas iššoko, susidaro nauja skylė. Taigi, skylė gali judėti visame kristale.
Jei pavyzdyje elektrinio lauko stipris lygus nuliui, tai skylių judėjimas, prilygstantis teigiamų krūvių judėjimui, vyksta atsitiktinai ir todėl nesukuria elektros srovės. Esant elektriniam laukui, vyksta tvarkingas skylių judėjimas, taigi su skylių judėjimu susijusi elektros srovė pridedama prie laisvųjų elektronų elektros srovės. Skylių judėjimo kryptis yra priešinga elektronų judėjimo krypčiai.
Taigi puslaidininkiuose yra dviejų tipų krūvininkai: elektronai ir skylės. Todėl puslaidininkiai turi ne tik elektroninį, bet ir skylinį laidumą. Laidumas tokiomis sąlygomis vadinamas vidiniu puslaidininkių laidumu. Puslaidininkių vidinis laidumas paprastai yra mažas, nes laisvųjų elektronų skaičius yra mažas, pavyzdžiui, germanyje kambario temperatūroje ne = 3 iš 10 per 23 cm in –3. Tuo pačiu metu germanio atomų skaičius 1 kubiniame cm yra apie 10 iš 23. Taigi laisvųjų elektronų skaičius yra maždaug viena dešimt milijardų viso atomų skaičiaus.

Esminis puslaidininkių bruožas yra tai, kad esant priemaišoms, kartu su jų pačių laidumu atsiranda papildomas - priemaišų laidumas. Keičiant priemaišų koncentraciją, galima gerokai pakeisti vieno ar kito ženklo krūvininkų skaičių. Dėl to galima sukurti puslaidininkius, kuriuose vyrauja neigiamo arba teigiamo krūvio nešėjų koncentracija. Ši puslaidininkių savybė atveria plačias praktinio pritaikymo galimybes.

Donorinės priemaišos.
Pasirodo, esant priemaišoms, pavyzdžiui, arseno atomams, net esant labai mažoms koncentracijoms, laisvųjų elektronų skaičius padidėja daug kartų. Taip nutinka dėl toliau nurodytos priežasties. Arseno atomai turi penkis valentinius elektronus, iš kurių keturi dalyvauja kuriant kovalentinį ryšį tarp šio atomo ir aplinkinių atomų, pavyzdžiui, su silicio atomais. Atrodo, kad penktasis valentinis elektronas yra silpnai surištas su atomu. Jis lengvai palieka arseno atomą ir tampa laisvas. Laisvųjų elektronų koncentracija žymiai padidėja ir tampa tūkstantį kartų didesnė už laisvųjų elektronų koncentraciją gryname puslaidininkyje. Priemaišos, kurios lengvai atiduoda elektronus, vadinamos donorinėmis priemaišomis, o tokie puslaidininkiai yra n tipo puslaidininkiai. N tipo puslaidininkiuose daugiausiai krūvininkų yra elektronai, o mažumos – skylės.

Akceptorių priemaišos.
Jei indis, kurio atomai yra trivalečiai, naudojamas kaip priemaiša, tai keičiasi puslaidininkio laidumo pobūdis. Dabar, kad sudarytų normalius porinius elektroninius ryšius su kaimynais, indžio atomui trūksta elektrono. Dėl to susidaro skylė. Skylių skaičius kristale yra lygus priemaišų atomų skaičiui. Tokios priemaišos vadinamos akceptorinėmis priemaišomis. Esant elektriniam laukui skylės juda aplink lauką ir atsiranda skylių laidumas. Puslaidininkiai, kurių skylių laidumas vyrauja prieš elektronų laidumą, vadinami p tipo puslaidininkiais (nuo žodžio positiv – teigiamas).

2. Pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai (struktūra ir taikymas)
Yra du pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai: diodas ir tranzistorius.

Diodas.
Šiais laikais diodai vis dažniau naudojami puslaidininkiuose, siekiant ištaisyti elektros srovę radijo grandinėse, kartu su dviejų elektrodų lempomis, nes jie turi daug privalumų. Vakuuminiame vamzdyje krūvininkai elektronai sukuriami kaitinant katodą. P-n sandūroje krūvininkai susidaro, kai į kristalą įvedama akceptorinė arba donorinė priemaiša.Taigi nereikia energijos šaltinio krūvininkams gauti. Sudėtingose grandinėse dėl to sutaupoma labai daug energijos. Be to, puslaidininkiniai lygintuvai su tomis pačiomis išlygintos srovės vertėmis yra labiau miniatiūriniai nei vamzdiniai lygintuvai.

Priekinės ir atbulinės eigos jungčių srovės ir įtampos charakteristika parodyta 2 paveiksle.

Jie pakeitė lempas ir yra labai plačiai naudojami technikoje, daugiausia lygintuvams, diodai taip pat buvo pritaikyti įvairiuose įrenginiuose.

Tranzistorius.
Panagrinėkime vieno tipo tranzistorius, pagamintus iš germanio arba silicio, į kuriuos įdėta donoro ir akceptoriaus priemaišų. Priemaišų pasiskirstymas yra toks, kad tarp dviejų p tipo puslaidininkio sluoksnių susidaro labai plonas (keleto mikrometrų eilės) n tipo puslaidininkio sluoksnis. 3.
Šis plonas sluoksnis vadinamas pagrindu arba pagrindu.Kristle susidaro dvi p-n sandūros, kurių tiesioginės kryptys yra priešingos. Trys gnybtai iš skirtingų laidumo tipų sričių leidžia įtraukti tranzistorių į grandinę, parodytą 3 paveiksle. Su šiuo ryšiu kairioji p-n jungtis yra tiesioginė ir atskiria bazę nuo zonos su p tipo laidumu, vadinamu emiteriu. Jei nebūtų teisės p –n
-perėjimas, emiterio-bazės grandinėje būtų srovė, priklausanti nuo šaltinių (baterija B1 ir kintamosios įtampos šaltinio) įtampos ir grandinės varžos, įskaitant mažą tiesioginio emiterio-bazės sandūros varžą. Baterija B2 prijungta taip, kad dešinioji pn sandūra grandinėje (žr. 3 pav.) būtų atvirkštinė. Jis atskiria pagrindą nuo dešiniojo p tipo srities, vadinamos kolektorius. Jei nebūtų kairiosios pn sandūros, srovės stipris kolektoriaus grandinėje būtų artimas nuliui. Kadangi atvirkštinės sankryžos pasipriešinimas yra labai didelis. Kai kairėje p-n sandūroje yra srovė, kolektoriaus grandinėje atsiranda srovė, o srovės stipris kolektoriuje yra tik šiek tiek mažesnis už srovės stiprumą emiteryje. Kai tarp emiterio ir pagrindo susidaro įtampa, pagrindiniai p tipo puslaidininkio nešikliai - skylės prasiskverbia į bazę, GDR jie jau yra pagrindiniai nešikliai. Kadangi pagrindo storis yra labai mažas, o pagrindinių nešiklių (elektronų) jame yra nedaug, į jį patekusios skylės beveik nesusijungia (nerekombinuoja) su pagrindo elektronais ir dėl to prasiskverbia į kolektorių. į difuziją. Dešinioji pn sandūra uždaryta pagrindiniams pagrindo krūvininkams – elektronams, bet ne skylėms. Kolektoriuje skyles nuneša elektrinis laukas ir užbaigiama grandinė.
Srovės, išsišakojusios į emiterio grandinę nuo pagrindo, stipris yra labai mažas, nes pagrindo skerspjūvio plotas horizontalioje (žr. 3 pav.) plokštumoje yra daug mažesnis nei skerspjūvis vertikalioje plokštumoje . Srovės stipris kolektoriuje, beveik lygus srovės stipriui emiteryje, keičiasi kartu su srove emiteryje.
Rezistoriaus R varža mažai veikia srovę kolektorius, ir ši varža gali būti gana didelė. Valdydami emiterio srovę naudodami kintamos įtampos šaltinį, prijungtą prie jo grandinės, gauname sinchroninį įtampos pokytį rezistoriuje. Jei rezistoriaus varža didelė, įtampos pokytis jame gali būti dešimtis tūkstančių kartų didesnis nei signalo pokytis emiterio grandinėje.Tai reiškia įtampos padidėjimą. Todėl naudojant apkrovą R galima gauti elektrinius signalus, kurių galia daug kartų didesnė už į emiterio grandinę patenkančią galią.Jie pakeičia vakuuminius vamzdžius ir plačiai naudojami technikoje.

3. Puslaidininkinių įtaisų tipai.
Be plokštuminių diodų (8 pav.) ir tranzistorių, yra ir taškinių diodų (4 pav.). Taškiniai tranzistoriai (struktūrą žr. pav.) išliejami prieš naudojimą, t.y. praleisti tam tikro dydžio srovę, dėl kurios po laido galiuku susidaro skylės laidumo plotas. Tranzistoriai būna p-n-p ir n-p-n tipų. Pavadinimas ir bendras vaizdas 5 pav.
Yra foto, termistoriai ir varistoriai, kaip parodyta paveikslėlyje. Plokštuminiams diodams priskiriami seleniniai lygintuvai.Tokio diodo pagrindas yra plieninė poveržlė, iš vienos pusės padengta seleno sluoksniu, kuris yra puslaidininkis su skylutiniu laidumu (žr. 7 pav.). Seleno paviršius padengiamas kadmio lydiniu, dėl to susidaro plėvelė su elektroniniu laidumu, ko pasekoje susidaro lyginančios srovės perėjimas.Kuo didesnis plotas, tuo didesnė lyginimo srovė.

4. Gamyba
Diodų gamybos technologija yra tokia. Kvadratinės plokštės, kurios plotas 2–4 cm2 ir storis kelių milimetro frakcijų, paviršiuje ištirpsta indio gabalėlis, išpjautas iš elektroninio laidumo puslaidininkinio kristalo. Indis yra tvirtai legiruotas su plokštele.Tokiu atveju prasiskverbia indžio atomai
(difuzuoti) į plokštės storį, formuojant joje sritį, kurioje vyrauja skylių laidumas, 6 pav. Taip gaunamas puslaidininkinis įtaisas su dviem skirtingo laidumo sritimis, o tarp jų – p-n sandūra. Kuo plonesnė puslaidininkinė plokštelė. kuo mažesnė diodo varža į priekį, tuo didesnė srovė, kurią koreguoja diodas. Diodų kontaktai yra indžio lašelis ir metalinis diskas arba strypas su švino laidininkais.
Surinkus tranzistorių, jis montuojamas korpuse ir prijungiamas elektros jungtis. veda prie kristalo kontaktinių plokščių ir pakuotės švino ir užsandarinkite pakuotę.

5. Taikymo sritis

Diodai yra labai patikimi, tačiau jų naudojimo riba yra nuo –70 iki 125 C. Kadangi taškinis diodas turi labai mažą kontaktinį plotą, todėl srovės, kurias tokie diodai gali tiekti, yra ne didesnės kaip 10-15 mA. Ir jie daugiausia naudojami aukšto dažnio virpesiams moduliuoti ir matavimo prietaisams. Bet kuriam diodui yra nustatytos tam tikros didžiausios leistinos tiesioginės ir atbulinės srovės ribos, kurios priklauso nuo tiesioginės ir atbulinės srovės įtampos bei jos ištaisymo ir stiprumo savybių.

Tranzistoriai, kaip ir diodai, yra jautrūs temperatūrai ir perkrovai bei prasiskverbiančiai spinduliuotei. Tranzistoriai, skirtingai nei radijo vamzdžiai, perdega dėl netinkamo prijungimo.

-----------------------

2 pav

1 paveikslas

3 pav

4 pav

5 pav

4 pav

Puslaidininkiniai DIODAI

Puslaidininkiniai diodai yra puslaidininkiniai įtaisai su viena elektros jungtimi ir dviem gnybtais. Jie naudojami kintamajai srovei ištaisyti, kintamiesiems virpesiams aptikti, mikrobangų svyravimus paversti vidutinio dažnio virpesiais, stabilizuoti įtampą nuolatinės srovės grandinėse ir kt. Pagal paskirtį puslaidininkiniai diodai skirstomi į lygintuvus, aukšto dažnio diodus, varikapus, zenerius. diodai ir kt.

Lygintuvų diodai. Lygintuviniai puslaidininkiniai diodai skirti kintamajai srovei paversti nuolatine srove.

Šiuolaikinių lygintuvų diodų pagrindas yra elektronų skylių jungtis (EDJ), kuri gaunama sintezės arba difuzijos būdu. Naudojama medžiaga germanis arba silicis.

Norint gauti dideles išlygintų srovių vertes išlyginamuosiuose dioduose, naudojami didelio ploto EAF, nes normaliam diodo veikimui srovės tankis per sandūrą neturi viršyti 1-2 A/mm 2.

Tokie diodai vadinami plokštuminiais. Mažos galios plokštuminio puslaidininkinio diodo konstrukcija parodyta fig. 2.1, a. Šilumos sklaidai vidutinio dydžio dioduose pagerinti Ir didelės galios, prie jų korpuso privirinamas varžtas, kuriuo diodai tvirtinami prie specialaus radiatoriaus arba važiuoklės (2.1 pav., b).

Pagrindinė lygintuvo diodo charakteristika yra jo srovės-įtampos charakteristika (voltų-amperų charakteristika). Srovės-įtampos charakteristikos tipas priklauso nuo puslaidininkio medžiagos ir temperatūros (2.2 pav., a ir b).

Pagrindiniai lygintuvų puslaidininkinių diodų parametrai yra šie:

nuolatinė tiesioginė įtampa U np esant tam tikrai tiesioginei srovei;

didžiausia leistina atvirkštinė įtampa U o 6 p max, kuriai esant diodas dar gali normaliai veikti ilgą laiką;

nuolatinė atvirkštinė srovė, tekanti per diodą, esant atvirkštinei įtampai, lygiai U o 6 p max ;

vidutinė ištaisyta srovė, kuri ilgą laiką gali praeiti per diodą esant priimtinai kaitinimo temperatūrai;

didžiausia leistina diodo išsklaidyta galia, adresu kuri užtikrina nurodytą diodo patikimumą.

Pagal maksimalią leistiną vidutinės ištaisytos srovės vertę, diodai skirstomi į mažos galios (), vidutinės galios ( ) ir didelės galios (). Didelės galios lygintuvų diodai vadinami galios diodais.

Mažos galios lygintuvų elementai, kurie yra nuosekliai sujungti lygintuviniai puslaidininkiniai diodai, vadinami lygintuvų kolonomis. Taip pat gaminami lygintuvai, kuriuose lygintuvų diodai jungiami pagal tam tikrą (pavyzdžiui, tilto) grandinę.

Lygintuviniai puslaidininkiniai diodai gali veikti 50...10 5 Hz dažniais (galios diodai - 50 Hz dažniais), t.y. yra žemo dažnio.

Aukšto dažnio diodai. Aukšto dažnio diodai apima puslaidininkinius diodus, galinčius veikti iki 300 MHz dažniais. Diodai, veikiantys aukštesniu nei 300 MHz dažniu, vadinami itin aukšto dažnio (mikrobangomis).

Didėjant dažniui, didėja atvirkštinio poslinkio EHP diferencinės varžos manevravimas dėl įkrovimo talpos. Dėl to sumažėja atvirkštinė varža ir pablogėja diodo ištaisymo savybės. Kadangi įkrovimo pajėgumo vertė yra proporcinga EAF plotui, norint ją sumažinti, būtina sumažinti EAF plotą.

Mikro lydinio diodai turi nedidelį jungties plotą, tačiau jie... Trūkumas – bazėje susikaupę mažumos krūvininkai, kurie įleidžiami į ją, kai diodas yra tiesiogiai įjungtas. Tai riboja mikrolydinių diodų veikimą (dažnių diapazoną).

Taškiniai diodai, galintys veikti mikrobangų diapazone, pasižymi geresniu našumu, taigi ir aukštesniu dažniu. Jų konstrukcijoje maždaug 0,1 mm skersmens metalinė spyruoklė savo galiuku prispausta prie puslaidininkinio kristalo. Spyruoklės medžiaga parenkama taip, kad elektronų iš jos darbo funkcija būtų didesnė nei iš puslaidininkio. Šiuo atveju metalo ir puslaidininkio sąsajoje susidaro blokuojantis sluoksnis, vadinamas Šotkio barjeru – pavadintas šį reiškinį tyrinėjusio vokiečių mokslininko vardu. Diodai, kurių veikimas pagrįstas Šotkio barjero savybėmis, vadinami Šotkio diodais. Juose elektros srovę neša daugumos krūvininkai, dėl to nevyksta mažumos krūvininkų įpurškimo ir kaupimosi reiškiniai.

Aukšto dažnio ir mikrobangų diodai naudojami aukšto dažnio virpesiams ištaisyti (lygintuvas), aptikimui (detektoriui), galios lygio valdymui (perjungimui), dažnių dauginimui (dauginimui) ir kitoms netiesinėms elektros signalų transformacijoms.

Varicaps. Varikapai yra puslaidininkiniai diodai, kurių veikimas pagrįstas talpos priklausomybe nuo atvirkštinės įtampos. Varicaps naudojami kaip elementas su elektra valdoma talpa.

Priklausomybės pobūdis parodytas fig. 2.3, a. Ši priklausomybė vadinama varikapo talpos-įtampos charakteristika. Pagrindiniai parametrai

varikai yra:

vardinė talpa, išmatuota esant nurodytai atvirkštinei įtampai;

talpos persidengimo koeficientas Kc, nustatomas pagal variacinių talpų santykį esant dviem atvirkštinės įtampos vertėms;

didžiausia leistina atvirkštinė įtampa;

kokybės koeficientas Q B apibrėžiamas kaip variacap reaktyvumo ir atsparumo nuostoliams santykis.

Puslaidininkiniai zenerio diodai. Puslaidininkinis zenerio diodas yra puslaidininkinis diodas, kurio įtampa palaikoma tam tikru tikslumu, kai per jį einanti srovė keičiasi tam tikrame diapazone. Jis skirtas stabilizuoti įtampą nuolatinės srovės grandinėse.

Zenerio diodo srovės įtampos charakteristika parodyta fig. 2.4, a ir simbolis yra pav. 2.4, b.

Jei EDP bus sukurtas abiejose silicio plokštelės pusėse, gausite zenerio diodą su simetriška srovės-įtampos charakteristika - simetrinį zenerio diodą (2.4 pav., c).

Darbinė zenerio diodo dalis yra elektros gedimo sekcija. Kai srovė, tekanti per zenerio diodą, keičiasi iš reikšmės į vertę. įtampa jame mažai skiriasi nuo vertės.. zenerio diodų naudojimas pagrįstas šia savybe.

Įtampos stabilizatoriaus ant silicio zenerio diodo veikimo principas (2.4 pav., d) yra tas, kad pasikeitus įtampai U VX keičiasi zenerio diodu tekanti srovė, o zenerio diodo įtampa ir prijungta apkrova R. lygiagrečiai jai praktiškai nesikeičia.

Pagrindiniai silicio zenerio diodų parametrai yra šie:

stabilizavimo įtampa U st;

minimalios ir didžiausios stabilizavimo srovės;

didžiausia leistina galios sklaida

diferencinis pasipriešinimas stabilizavimo skyriuje ;

įtampos temperatūros koeficientas stabilizavimo skyriuje

Šiuolaikiniuose zenerio dioduose stabilizavimo įtampa svyruoja nuo 1 iki 1000 V, kai stabilizavimo srovės yra nuo 1 mA iki 2 A. Mažesnei nei 1 V įtampai stabilizuoti naudojama tiesioginė silicio diodo I-V charakteristikos atšaka, vadinama stabistoriumi. . Zener diodams B. Sujungdami zenerio diodus (arba stabistorius) nuosekliai, galite gauti bet kokią reikiamą stabilizavimo įtampą.

Diferencinė varža stabilizavimo sekcijoje yra maždaug pastovi, o daugumai zenerio diodų ji yra 0,5...200 omų. Įtampos temperatūros koeficientas gali būti teigiamas (Zener diodams su ) ir neigiamas (Zener diodams su U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

DVIPOLINIAI TRANSISTORIAI

Bipolinis tranzistorius (BT) arba tiesiog tranzistorius – tai puslaidininkinis įtaisas su dviem tarpusavyje sąveikaujančiais EDP ir trimis ar daugiau gnybtų, kurių stiprinimo savybes lemia mažumos krūvininkų įpurškimo ir ištraukimo reiškiniai.

Elektronų skylių jungtys susidaro tarp trijų puslaidininkio sričių, turinčių skirtingus elektros laidumo tipus. Pagal p ir n regionų kaitos tvarką BT skirstomi į p-p-p tipo tranzistorius ir p-p-p tipo tranzistorius (2.5 pav.).

Vidurinė tranzistoriaus sritis vadinama baze, viena kraštutinė sritis yra emiteris (E), o kita – kolektorius (K). Paprastai priemaišų koncentracija emiteryje yra didesnė nei kolektoriuje. P-p-p tipo BT bazėje yra p tipo elektros laidumas, o emiteris ir kolektorius yra n tipo.

EDP, susidaręs tarp emiterio ir pagrindo, vadinamas emiteriu, o tarp pagrindo ir kolektoriaus - kolektoriumi.

Tranzistorių darbo režimai. Priklausomai nuo emiterio ir kolektoriaus EDP prijungimo prie maitinimo šaltinių būdo, bipolinis tranzistorius gali veikti vienu iš keturių režimų: išjungimo, prisotinimo, aktyvaus ir atvirkštinio.

Emiterio ir kolektoriaus EAF atjungimo režime (2.6 pav., a) perkeliami atbuline kryptimi, o soties režime (2.6, 6 pav.) - pirmyn. Kolektoriaus srovė šiais režimais praktiškai nepriklauso nuo emiterio įtampos ir srovės.

Atjungimo ir prisotinimo režimai naudojami valdant BT impulsiniuose ir raktiniuose įrenginiuose.

Kai tranzistorius veikia aktyviuoju režimu, jo emiterio sandūra pasislenka į priekį, o kolektoriaus sandūra – priešinga kryptimi (2.6 pav., c).

Veikiant nuolatinei įtampai 11e, emiterio grandinėje teka srovė, sukurianti kolektoriaus ir bazės sroves, todėl

Kolektoriaus srovę sudaro du komponentai: valdomasis, proporcingas emiterio srovei, ir nekontroliuojamas, atsirandantis dėl mažumos nešėjų dreifo per atvirkštinio poslinkio kolektoriaus sandūrą. Proporcingumo koeficientas vadinamas statiniu emiterio srovės perdavimo koeficientu. Daugumai šiuolaikinių BT ir dar.

Bazinė srovė apima rekombinacijos komponentą, kurį sukelia elektronai, patekę į bazę, kad kompensuotų teigiamą bazėje rekombinuojančių skylių krūvį, ir nekontroliuojamas kolektoriaus srovės komponentas, todėl

Naudojant BT kaip stiprinimo elementą, vienas iš gnybtų turi būti bendras įvesties ir išvesties grandinėms. Diagramoje, parodytoje pav. 2.6, c, bendras elektrodas yra pagrindas. Tokia BT jungties grandinė vadinama bendrojo pagrindo (CB) grandine ir paprastai vaizduojama taip, kaip parodyta Fig. 2.7, a. Be OB grandinės, praktikoje taip pat naudojamos grandinės su bendru emiteriu (CE) ir bendru kolektoriumi (CC).

OE grandinėje (2.7 pav., b) ryšys tarp išėjimo ir įėjimo srovių nustatomas pagal lygtį

Koeficientas vadinamas statiniu baziniu srovės perdavimo koeficientu. Tai susiję su santykiu

At reikšmės yra 19...99 intervale.

Komponentas reiškia atvirkštinę (nekontroliuojamą) kolektoriaus srovę OE grandinėje. Ši srovė yra prijungta prie atvirkštinės srovės grandinėje

Apie santykį

Iš (2.4) santykio išplaukia, kad atvirkštinė kolektoriaus srovė OE grandinėje yra daug didesnė nei OB grandinėje. Tai reiškia, kad temperatūros pokytis OE grandinėje turi didesnį poveikį srovių pokyčiui (taigi ir statinių charakteristikų bei parametrų pokyčiams) nei OB grandinėje. Tai vienas iš BT įtraukimo į originalios įrangos schemą trūkumų.

Kai įjungiate BT pagal OK schemą. (2.7 pav., c) ryšys tarp išėjimo ir įėjimo srovių nustatomas pagal ryšį

Iš (2.2) ir (2.5) išraiškų palyginimo matyti, kad priklausomybės tarp BT įėjimo ir išėjimo srovių OE ir OK grandinėse yra maždaug vienodos. Tai leidžia naudoti tas pačias charakteristikas ir parametrus skaičiuojant OE ir OK grandines.

Atvirkštinis režimas skiriasi nuo aktyviojo režimo priešingu EAF emiteriui ir kolektoriaus įtampai.

Statinės charakteristikos. Statinės charakteristikos išreiškia sudėtingus ryšius tarp srovių ir įtampų

tranzistoriaus elektrodai ir priklauso nuo jo prijungimo būdo.

Fig. 2.8, a parodyta n - p - n tipo BT, prijungto pagal OE grandinę, įvesties charakteristikų šeima, kuri išreiškia priklausomybę ties . Kai įvesties charakteristika yra

emiterio EHP srovės-įtampos charakteristikos tiesioginė šaka. Kai kolektoriaus įtampa yra teigiama, įėjimo charakteristika pasislenka į dešinę.

Išėjimo charakteristikos (2.8 pav., b) atspindi priklausomybę ties . Stačioji charakteristikų dalis atitinka prisotinimo režimą, o plokščioji – aktyvųjį. Ryšys tarp kolektoriaus ir bazės srovių plokščioje atkarpoje nustatomas pagal (2.2) išraišką.

Maži statinio režimo signalo parametrai. Kai tranzistorius veikia stiprinimo režimu, jo savybes lemia mažo signalo parametrai, kuriems tranzistorius gali būti laikomas tiesiniu elementu. Praktikoje plačiausiai naudojami mažo signalo hibridiniai arba h parametrai. Srovės ir įtampos esant mažoms kintamųjų komponentų amplitudėms h parametrų sistemoje yra susietos šiais ryšiais:

- įėjimo varža;

- įtampos grįžtamojo ryšio koeficientas

- nuolatinės srovės perdavimo koeficientas;

- išėjimo laidumas.

Parametrai ir matuojami išėjimo grandinės trumpojo jungimo režimu, o parametrai ir – įvesties grandinės tuščiosios eigos režimu. Šiuos režimus lengva įgyvendinti. H parametrų reikšmės priklauso nuo tranzistoriaus įjungimo būdo, o žemais dažniais galima nustatyti iš statinių charakteristikų. Šiuo atveju mažų srovių ir įtampų amplitudės pakeičiamos prieaugiais. Taigi, pavyzdžiui, kai tranzistorius įjungiamas pagal grandinę su OE, parametrų ir formulės, nustatytos pagal įvesties charakteristikas taške A (2.8 pav., a), rašomos tokia forma:

Parametrai ir nustatomi pagal išėjimo (2.8 pav., b) charakteristikas naudojant formules:

-parametrai nustatomi panašiai, kai tranzistorius įjungiamas pagal grandinę su OB.

Mažo signalo parametrai atitinkamai vadinami emiterio srovės ir bazinės srovės perdavimo koeficientais. Jie apibūdina tranzistoriaus stiprinimo savybes pagal kintamų signalų srovę, o jų vertės priklauso nuo tranzistoriaus veikimo režimo ir sustiprintų signalų dažnio. Taigi, didėjant dažniui, bazinio srovės perdavimo koeficiento modulis mažėja

Dažnis, kuriuo jis mažėja savo vertės koeficientu esant žemam dažniui, vadinamas ribiniu bazinės srovės perdavimo dažniu ir žymimas . Dažnis, kuriuo jis sumažėja iki 1, vadinamas BT ribiniu dažniu ir žymimas . Pagal ribinio dažnio vertę tranzistoriai skirstomi į žemo dažnio, vidutinio dažnio, aukšto dažnio ir itin aukšto dažnio.

TIRISTORIAI

Tiristorius yra puslaidininkinis įtaisas su dviem stabiliomis būsenomis, turintis tris ar daugiau perėjimų ir galintis persijungti iš uždaros būsenos į atvirą ir atvirkščiai.

Tiristoriai su dviem gnybtais vadinami diodais arba dinistoriais, o turintys tris gnybtus – triodais arba tiristoriais.

Dinistoriai. Dinistoriaus struktūra susideda iš keturių puslaidininkių sričių su kintamo tipo elektros laidumu , tarp kurių susidaro trys EDP. Kraštutiniai EDP yra emiteriai, o viduriniai - kolektorius. Ši sritis vadinama emitteriu arba anodu, sritis vadinama katodu.

Dinistoriaus anodo prijungimas prie išorinio šaltinio teigiamo poliaus, o katodo - prie neigiamo, atitinka tiesioginį dinstoriaus prijungimą. Kai pakeičiamas šaltinio įtampos poliškumas, įvyksta atvirkštinis perjungimas.

Sujungus tiesiogiai, dinistorius gali būti pavaizduotas kaip dviejų tranzistorių p - n - p ir n - p - n derinys (2.9 pav., a) su emiterio srovės perdavimo koeficientais ir .

Dinistoriumi tekančioje srovėje yra tranzistoriaus angos įpurškimo komponentas, tranzistoriaus elektroninio įpurškimo komponentas ir kolektoriaus sandūros atbulinė srovė, t.y.

Kol kas dinistorius uždarytas. At dinistoriuje vystosi procesai, dėl kurių įpurškimo srovės komponentai kaip lavina didėja ir kolektoriaus sandūra perjungiama į priekį. Šiuo atveju dinistoriaus varža smarkiai sumažėja, o įtampos kritimas jame neviršija 1-2 V. Likusi šaltinio įtampa krenta per ribojantį rezistorių (2.9 pav., b).

Kai dinistorius vėl įjungiamas, per jį teka nedidelė atvirkštinė srovė.

SCR. Tiristorius nuo dinistoriaus skiriasi tuo, kad yra papildomas valdymo išėjimas iš bazinio ploto (2.10 pav., a). Išvadą galima padaryti remiantis bet kokiu pagrindu. Prie šio kaiščio prijungtas šaltinis sukuria

valdymo srovė, kuri prideda prie pagrindinės srovės. Dėl to tiristorius persijungia iš uždaros būsenos į atvirą būseną esant mažesnei U a reikšmei (2.10 pav., b).

Penkių sluoksnių struktūrose tinkamai atlikdami kraštutines sritis, galite gauti simetrišką srovės įtampos charakteristiką (2.10 pav., c). Toks tiristorius vadinamas simetrišku. Tai gali būti diodas (diakas) arba triodas (triacas).

Tiristorius išjungiamas sumažinus (arba pertraukiant) anodo srovę arba pakeitus anodo įtampos poliškumą.

Nagrinėjami tiristoriai vadinami neužrakinamais. Taip pat yra išjungiami tiristoriai, kuriuos galima perjungti iš atviro į uždarą keičiant valdymo elektrodo srovę. Nuo neužrakinamų jie skiriasi savo dizainu.

Tiristoriaus parametrai. Pagrindiniai tiristorių parametrai yra šie:

įjungimo įtampa;

atrakinimo valdymo srovė;

išjungimo srovė ;

liekamasis įtempis U np ;

įjungimo laikas t;

išjungimo laikas;

delsos laikas t 3 ;

didžiausi priekinės įtampos (du/dt) max ir priekinės srovės (di/dl) didėjimo greičiai max.

Tiristoriai plačiai naudojami valdomuose lygintuvuose, DC-AC keitikliuose (inverteriuose), įtampos stabilizatoriuose,

kaip bekontakčiai jungikliai, elektrinėse pavarose, automatikos įrenginiuose, telemechanikoje, kompiuterinėse technologijose ir kt.

Tiristorių simboliai parodyti pav. 2.11.

LAUKO TRANZISTORIAI

Lauko tranzistorius (FET) – puslaidininkinis įtaisas, kurio stiprinimo savybes lemia pagrindinių to paties ženklo krūvininkų srautas, tekantis laidžiuoju kanalu ir valdomas elektriniu lauku.

Valdymo elektrodas, izoliuotas nuo kanalo, vadinamas vartais. Pagal vartų izoliacijos metodą lauko tranzistoriai skirstomi į tris tipus:

1) su valdymo p-n sandūra arba su p-t vartais;

2) su metaliniais puslaidininkiniais vartais arba su Šotkio vartais;

3) su izoliuota sklende.

Lauko tranzistoriai su p- n - sklendė Lauko tranzistoryje su p-n užtvara (2.12 pav.) n tipo kanalas yra izoliuotas nuo pagrindo ir p-n užtvaro.

judesiai, kurie dėl sąlygos įvykdymo formuojasi daugiausia kanale. Kai kanalo storis didžiausias, o jo varža minimali. Jei vartams bus taikoma neigiama įtampa šaltinio atžvilgiu, tada p-n sandūros išsiplės, kanalo storis sumažės, o jo varža padidės. Todėl, jei tarp šaltinio ir nutekėjimo yra prijungtas įtampos šaltinis, tuomet kanalu tekančią srovę Ic galima valdyti keičiant kanalo varžą naudojant vartams teikiamą įtampą. Šiuo principu pagrįstas PT su p-n vartais veikimas.

Pagrindinės PT su p-n vartais statinės charakteristikos yra perdavimo (drain-gate) ir išėjimo (drain) charakteristikos (2.13 pav.).

Vartų įtampa, kuriai esant kanalas yra visiškai užblokuotas ir nutekėjimo srovė sumažinama iki dešimtųjų mikroampero, vadinama atjungimo įtampa ir žymima .

Nutekėjimo srovė, kai U 3I = 0, vadinama pradine nutekėjimo srove.

Išvesties charakteristikose yra stačių arba ominių ir plokščių sričių. Plokščia sritis taip pat vadinama prisotinimo sritimi arba kanalų persidengimo sritimi.

Nutekėjimo srovė, tekanti per kanalą, sukuria įtampos kritimą visoje jo paskirstytoje varžoje, o tai padidina kanalo-vartų ir kanalo-padėklo atvirkštinę įtampą, o tai lemia kanalo storio sumažėjimą. Atbulinės įtampos didžiausią reikšmę pasiekia ties riba su nutekėjimu, o šioje srityje kanalo susiaurėjimas yra didžiausias (2.12 pav.). Esant tam tikrai įtampos vertei, abi p-n sandūros drenažo srityje užsidaro ir kanalas persidengia. Ši nutekėjimo įtampa vadinama blykstės įtampa arba prisotinimo įtampa (). Kai vartams yra taikoma atvirkštinė įtampa, kanalas papildomai susiaurėja, o esant žemesnei įtampos vertei, jis blokuojamas.

Lauko efekto tranzistoriai su Schottky vartais. IN PT su Šotkio vartais kanalo varža valdoma keičiant, veikiant vartų įtampai, metalo ir puslaidininkio sąsajoje susidariusios lyginančios jungties storį. Lyginant su p-n jungtimi, lyginančioji metalo-puslaidininkio jungtis leidžia žymiai sumažinti kanalo ilgį: iki 0,5...1 µm. Tuo pačiu žymiai sumažėja visos FET struktūros matmenys, dėl ko AKT su Schottky barjeru gali veikti aukštesniais dažniais – iki 50...80 GHz.

Lauko tranzistoriai su izoliuotais užtaisais.Šie tranzistoriai turi metalo-dielektriko-puslaidininkio struktūrą ir trumpai vadinami MOS tranzistoriais. Jei silicio oksidas naudojamas kaip dielektrikas, jie taip pat vadinami MOS tranzistoriais.

Yra dviejų tipų MOS tranzistoriai: su indukuotais ir su įmontuotais kanalais.

MOS tranzistoriuose su indukuotu p tipo kanalu (2.14 pav.) p tipo nutekėjimo ir šaltinio sritys sudaro dvi priešingos srovės sritis su pagrindo n sritimi.

EAF yra įjungti, o kai prie jų prijungiamas bet kokio poliškumo šaltinis, grandinėje nebus srovės. Jei vartams yra taikoma neigiama įtampa šaltinio ir pagrindo atžvilgiu, tada esant pakankamai šios įtampos vertei puslaidininkio, esančio po vartais, paviršiniu sluoksniu, įvyks elektros laidumo tipo inversija ir kanalizacijos ir šaltinio p-sritys bus sujungtos p tipo kanalu. Ši vartų įtampa vadinama slenkstine įtampa ir žymima . Didėjant neigiamų vartų įtampai, didėja inversinio sluoksnio įsiskverbimo į puslaidininkį gylis, o tai atitinka kanalo storio padidėjimą ir jo varžos sumažėjimą.

MOS tranzistoriaus su indukuotu p tipo kanalu perdavimo ir išėjimo charakteristikos pateiktos fig. 2.15. Įtampos kritimas per kanalo varžą sumažina įtampą tarp vartų

ir kanalas bei kanalo storis. Didžiausias kanalo susiaurėjimas bus ties kanalizacija, kur įtampa žemiausia .

MOS tranzistoriuose su įmontuotu kanalu tarp nutekėjimo ir šaltinio regionų jau gamybos etape sukuriamas plonas paviršinis sluoksnis (kanalas), kurio elektros laidumas yra toks pat kaip ir nutekėjimas bei šaltinis. Todėl tokiuose tranzistoriuose nutekėjimo srovė, vadinama pradine srove, teka .

MOS tranzistoriaus su įmontuotu p tipo kanalu statinės išvesties ir perdavimo charakteristikos parodytos fig. 2.16.

PT diferencialiniai parametrai. Be aukščiau aptartų parametrų, PT savybėms būdingi diferencialiniai parametrai: perdavimo charakteristikos nuolydis arba PT nuolydis; diferencinė varža ir statinis stiprinimas.

PT nuolydis ties apibūdina tranzistoriaus stiprinimo savybes, o mažos galios tranzistorių atveju paprastai yra keli mA/V.

Diferencinė varža at parodo nuolatinės srovės kanalo varžą kintamajai srovei.

PT nuolydį galima nustatyti pagal statinę išėjimo arba perdavimo charakteristikas (2.16 pav.), remiantis išraiška

o diferencinė varža – pagal išėjimo charakteristikas pagal išraišką

Statinis padidėjimas at paprastai apskaičiuojamas naudojant formulę.

Įprasti lauko tranzistorių grafiniai simboliai parodyti fig. 2.17.

Lauko tranzistoriai naudojami didelės įėjimo varžos stiprintuvuose, jungikliuose ir loginiuose įrenginiuose, taip pat valdomuose slopintuvuose kaip elementas, kurio varža keičiasi veikiant valdymo įtampai.

Susijusi informacija.

1. Puslaidininkiai: teorija ir savybės

2. Pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai (struktūra ir taikymas)

3. Puslaidininkinių įtaisų tipai

4. Gamyba

5. Taikymo sritis

1. Puslaidininkiai: teorija ir savybės

Silicis yra keturiavalentis elementas. Tai reiškia, kad išorėje

atomo apvalkalas turi keturis santykinai silpnai surištus elektronus

su šerdimi. Kiekvieno silicio atomo artimiausių kaimynų skaičius taip pat lygus

keturi. Kaimyninių atomų poros sąveika atliekama naudojant

paionoelektroninis ryšys, vadinamas kovalentiniu ryšiu. Švietime

šis kiekvieno atomo ryšys apima vieną valentinį elektroną,

kurie atsiskiria nuo atomų (kolektyvizuojami kristalo) ir kada

judėdami jie didžiąją laiko dalį praleidžia erdvėje tarp

kaimyniniai atomai. Jų neigiamas krūvis teigiamus silicio jonus laiko šalia vienas kito. Kiekvienas atomas sudaro keturis ryšius su savo kaimynais,

ir bet kuris valentinis elektronas gali judėti palei vieną iš jų. Pasiekęs gretimą atomą, jis gali pereiti prie kito, o tada toliau per visą kristalą.

Valentiniai elektronai priklauso visam kristalui. Silicio poros elektronų ryšiai yra gana stiprūs ir nenutrūksta esant žemai temperatūrai. Todėl silicis žemoje temperatūroje nepraleidžia elektros srovės. Valentiniai elektronai, dalyvaujantys atomų surišime, yra tvirtai prisirišę prie kristalinės gardelės, o išorinis elektrinis laukas neturi pastebimos įtakos jų judėjimui.

Elektroninis laidumas.

Kaitinant silicį, didėja dalelių kinetinė energija, ir

atskiri ryšiai nutrūko. Kai kurie elektronai palieka savo orbitas ir tampa laisvi, kaip elektronai metale. Elektriniame lauke jie juda tarp gardelės mazgų, sudarydami elektros srovę.

Puslaidininkių laidumas dėl laisvųjų metalų buvimo

elektronai elektronai vadinamas elektronų laidumu. Kylant temperatūrai, didėja nutrūkusių ryšių, taigi ir laisvųjų elektronų, skaičius. Kaitinant nuo 300 iki 700 K, laisvųjų krūvininkų skaičius padidėja nuo 10,17 iki 10,24 1/m.3. Tai veda prie pasipriešinimo sumažėjimo.

Skylės laidumas.

Nutrūkus ryšiui, susidaro laisva vieta, kurioje trūksta elektrono.

Tai vadinama skyle. Skylė turi perteklinį teigiamą krūvį, palyginti su kitomis normaliomis jungtimis. Skylės padėtis kristale nėra pastovi. Toliau nurodytas procesas vyksta nuolat. Vienas

iš elektronų, užtikrinančių atomų ryšį, peršoka į mainų vietą

susiformavo skylės ir atkuria čia poros elektroninį ryšį.

ir iš kur šis elektronas iššoko, susidaro nauja skylė. Taigi

Taigi, skylė gali judėti visame kristale.

Jei pavyzdyje elektrinio lauko stipris lygus nuliui, tai skylių judėjimas, prilygstantis teigiamų krūvių judėjimui, vyksta atsitiktinai ir todėl nesukuria elektros srovės. Esant elektriniam laukui, vyksta tvarkingas skylių judėjimas, taigi su skylių judėjimu susijusi elektros srovė pridedama prie laisvųjų elektronų elektros srovės. Skylių judėjimo kryptis yra priešinga elektronų judėjimo krypčiai.

Taigi puslaidininkiuose yra dviejų tipų krūvininkai: elektronai ir skylės. Todėl puslaidininkiai turi ne tik elektroninį, bet ir skylinį laidumą. Laidumas tokiomis sąlygomis vadinamas vidiniu puslaidininkių laidumu. Puslaidininkių vidinis laidumas paprastai yra mažas, nes laisvųjų elektronų skaičius yra mažas, pavyzdžiui, germanyje kambario temperatūroje ne = 3 iš 10 per 23 cm in –3. Tuo pačiu metu germanio atomų skaičius 1 kubiniame cm yra apie 10 iš 23. Taigi laisvųjų elektronų skaičius yra maždaug viena dešimt milijardų viso atomų skaičiaus.

Esminis puslaidininkių bruožas yra tas, kad jie

esant priemaišoms, kartu su vidiniu laidumu,

papildomas - priemaišų laidumas. Keičiasi koncentracija

priemaišų, galite gerokai pakeisti krūvininkų skaičių

ar kitas ženklas. Dėl to galima sukurti puslaidininkius su

vyraujanti koncentracija yra neigiama arba teigiama

stipriai įkrauti nešikliai. Ši puslaidininkių savybė buvo atrasta

suteikia daug galimybių praktiškai pritaikyti.

Donorinės priemaišos.

Pasirodo, kad esant priemaišoms, pavyzdžiui, arseno atomams, net esant labai mažoms koncentracijoms, laisvųjų elektronų skaičius didėja

daug kartų. Taip nutinka dėl toliau nurodytos priežasties. Arseno atomai turi penkis valentinius elektronus, iš kurių keturi dalyvauja kuriant kovalentinį ryšį tarp šio atomo ir aplinkinių atomų, pavyzdžiui, su silicio atomais. Atrodo, kad penktasis valentinis elektronas yra silpnai surištas su atomu. Jis lengvai palieka arseno atomą ir tampa laisvas. Laisvųjų elektronų koncentracija žymiai padidėja ir tampa tūkstantį kartų didesnė už laisvųjų elektronų koncentraciją gryname puslaidininkyje. Priemaišos, kurios lengvai atiduoda elektronus, vadinamos donorinėmis priemaišomis, o tokie puslaidininkiai yra n tipo puslaidininkiai. N tipo puslaidininkiuose daugiausiai krūvininkų yra elektronai, o mažumos – skylės.

Akceptorių priemaišos.

Jei indis, kurio atomai yra trivalečiai, naudojamas kaip priemaiša, tai keičiasi puslaidininkio laidumo pobūdis. Dabar, kad sudarytų normalius porinius elektroninius ryšius su kaimynais, indžio atomas to nedaro

gauna elektroną. Dėl to susidaro skylė. Skylių skaičius kristale

talis yra lygus priemaišų atomų skaičiui. Tokios priemaišos yra

vadinami akceptoriumi (gaunančiomis). Esant elektriniam laukui

skylės susimaišo per lauką ir atsiranda skylių laidumas. pagal-

puslaidininkiai, kuriuose vyrauja skylių laidumas, o ne elektronų

Jie vadinami p tipo puslaidininkiais (nuo žodžio positiv – teigiamas).

2. Pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai (struktūra ir taikymas)

Yra du pagrindiniai puslaidininkiniai įtaisai: diodas ir tranzistorius.

Šiais laikais diodai vis dažniau naudojami puslaidininkiuose, siekiant ištaisyti elektros srovę radijo grandinėse, kartu su dviejų elektrodų lempomis, nes jie turi daug privalumų. Vakuuminiame vamzdyje krūvininkai elektronai sukuriami kaitinant katodą. P-n sandūroje krūvininkai susidaro, kai į kristalą įvedama akceptorinė arba donorinė priemaiša.Taigi nereikia energijos šaltinio krūvininkams gauti. Sudėtingose grandinėse dėl to sutaupoma labai daug energijos. Be to, puslaidininkiniai lygintuvai su tomis pačiomis išlygintos srovės vertėmis yra labiau miniatiūriniai nei vamzdiniai lygintuvai.

Sveiki visi skaitytojai" Radijo grandinės ", mano vardas Dima ir šiandien aš jums papasakosiu paprastais žodžiais ir jų savybes, taip pat apie tranzistorius ir diodus. Taigi, pradėkime, pirmiausia prisiminkite, su kokiais elektroniniais elementais susidūrėte? Ir jų veikimo principą? Jei iš karto pradėjau studijuoti diodus ir tranzistorius, tada kils daug klausimų.Todėl geriau pradėti nuo Ohmo dėsnio, o tada pereiti prie paprastesnių konstrukcijų.Tranzistoriai ir diodai nėra labai paprasti elementai, turintys puslaidininkio savybę.

Jūs žinote, kaip veikia paprastas dirigentas – nieko sudėtingo. Elektronai dideliu greičiu pereina per atomą, susidurdami su jais. Tokiu atveju kyla pasipriešinimas, jūs jau susidūrėte su šiuo žodžiu, žinoma. Geriausias pasipriešinimo draugas vadinamas rezistoriumi. Rezistorius yra pasyvus elementas, turintis didesnę varžą nei įprastas laidininkas. Gerai, eikime toliau, turime išsiaiškinti, kas yra puslaidininkis? Puslaidininkio atominiame ryšyje yra papildomų elektronų, jie vadinami laisvaisiais elektronais ir yra skylių. Skylės yra tuščios erdvės, kuriose turi būti elektronai. 1 paveiksle parodyta puslaidininkio tarpatominių ryšių vidinė struktūra.

1 pav. Puslaidininkio tarpatominių ryšių vidinė struktūra.

Dabar išsiaiškinkime, kaip puslaidininkis praleidžia srovę. Įsivaizduokime, kad puslaidininkį prijungėme prie galvaninio elemento, pavyzdžiui, įprastos baterijos. Srovė pradeda judėti iš pliuso į minusą. Šiluminių reiškinių metu elektronai, einantys per puslaidininkį, pradeda plėšti elektronus iš tarpatominių ryšių. Atsiranda skylių, o laisvuosius elektronus lydi praeinantys elektronai iš galvaninio elemento. Tie patys elektronai, nukritę ant skylės, tarsi įšoks į ją, atkurdami tarpatominį ryšį. Paprasčiau tariant, puslaidininkyje, kai į jį patenka srovė, nutrūksta tarpatominiai ryšiai, elektronai išskrenda ir tampa laisvi, kiti užpildo savo kelyje sutiktas skyles. Ir šis procesas tęsiasi be galo. 2 paveiksle parodytas elektronų judėjimas.

2 pav. Elektronų ir skylių judėjimas ir kryptis.

Puslaidininkiniai diodai

Taigi, mes išsiaiškinome, kas yra puslaidininkis ir koks jo veikimo principas. Dabar pereikime prie diodų, o ne paprasčiausių radioelektroninių elementų. Aš jau kalbėjau apie p-n sankryžą aukščiau. Dabar išsamiau: p yra teigiamas (teigiamas), n yra neigiamas (neigiamas, neigiamas). Išsiaiškinkime, kaip elektronai juda diode. Įsivaizduokite, jei prijungtume galvaninį elementą, pavyzdžiui, akumuliatorių, kad būtų poliškumas. O taip – mes nesupratome poliškumo. Mes jau žinome diodo struktūrą: p-n sandūra, p - teigiamas yra anodas, n - neigiamas yra katodas. Ant diodo korpuso yra plona balta juostelė - tai dažniausiai katodas, jis yra prijungtas prie minuso, o kitas gnybtas yra anodas, kuris yra prijungtas prie pliuso. Dabar pažvelkime į elektronų judėjimą. Sujungėme diodo polinius laidus, dabar atsiranda srovė. Teigiamos srities elektronai pradeda judėti link akumuliatoriaus minuso, o neigiamos srities elektronai pradeda judėti link teigiamo, jie susitinka vienas su kitu, atrodo, kad elektronai šokinėja į skyles, todėl abu nustojo veikti. egzistuoja. Šis elektrinis laidumas vadinamas elektronų skylės elektriniu laidumu, elektronai juda su maža varža, kaip parodyta 3 paveiksle (A). Ši srovė vadinama nuolatine srove Ipr, bet kas atsitiks, jei pakeisite poliškumą taip, kad anodas būtų prijungtas prie minuso, o katodas - prie pliuso. Kas nutiks? Teigiamas plotas, trumpai tariant, skylės pradės judėti į akumuliatoriaus minusą, o laisvieji elektronai - į pliusą, todėl atsiras didelis plotas, jis užtamsintas 3 paveiksle (B). Ši srovė vadinama atvirkštine, kurios varža yra labai didelė, viršijanti kelis šimtus omų, kiloomų ir net megaomų.

Taigi, mes sutvarkėme p-n sankryžą, dabar pakalbėkime apie diodo paskirtį. Diodai naudojami detektorių imtuvams, siekiant sukurti pulsuojančią nuolatinę srovę iš kintamosios srovės. Kas vis dėlto yra kintamoji srovė? Prisiminkime. Kintamoji srovė yra srovė, kuri gali keisti savo kryptį per kiekvieną pusciklą, laiko vienetą. Kaip diodas gali priversti kintamąją srovę pulsuoti? Štai kaip: atsiminkite, kad diodas srovę perduoda tik viena kryptimi.

3 pav. Atbulinės ir pirminės srovės elektronų judėjimas diode.

Kai srovė pradeda judėti iš pliuso į minusą, priekinė srovė teka tyliai be didelio pasipriešinimo, tačiau kai srovė pradeda judėti iš minuso į pliusą, atsiranda atvirkštinė srovė, kurios diodas nepraleidžia. Tikriausiai matėte kintamos įtampos grafiką; tokia banguota linija yra saulėlydis. Jei uždengiate apatinę eilutę, gausite pulsuojančią srovę. Tai reiškia, kad diodas nukirto apatinę dalį. Srovė judės tik viena kryptimi – nuo pliuso iki minuso. Supratau? Dabar pereikime prie tranzistorių.

Biopoliniai ir lauko efekto tranzistoriai

Taigi, mes prieiname prie biopoliarinių ir lauko tranzistorių. Tirsime tik biopoliarinius tranzistorius, o lauko tranzistorių kol kas neliesime – atidėsime juos kitai pamokai. Biopoliniai tranzistoriai kartais vadinami paprastais tranzistoriais. Apskritai jau ištyrėme puslaidininkius ir jų savybes, taip pat diodą ir p-n sandūrą. Dabar mes prieiname prie sudėtingesnės struktūros. Struktūra? Ar manote, kas tai yra, mes jau ištyrėme diodo struktūrą. Prisiminkime, kad struktūrą sudaro keli puslaidininkiai, turintys skylinį laidumą arba elektroninį laidumą; ši struktūra yra žinoma kaip p-n sandūra. Paprastas (dvipolis) tranzistorius turi dvi struktūras. Tai yra p-n-p struktūra ir n-p-n struktūra. Bet jūs neištyrėte išvadų. Na, žinoma, paprastas tranzistorius, kaip ir lauko tranzistorius, turi tris gnybtus. Tik įprastas tranzistorius turi skirtingą gnybtų pavadinimą ir kitokį veikimo principą. Gerai, pažiūrėkime į pnp struktūrą. Pirmas gnybtas yra bazė, kuri turi valdymo srovę, antrasis gnybtas yra emiteris, sąveikauja su pagrindu, o trečias gnybtas yra kolektorius, iš jo pašalinama padidinta srovė. Dabar nustatykime, kur yra kiekviena išvestis ir kuriai sričiai jis priklauso. Pirmasis kaištis yra pagrindas, jis priklauso elektroninei sričiai, tai yra "n", tada emiteris priklauso teigiamam kaiščiui, kuris yra kairėje nuo pagrindo, o kolektorius priklauso teigiamam kaiščiui, kuris yra į dešinę nuo pagrindo.

Taigi, supraskime tranzistoriaus veikimo principą. Jei srovė nukreipta į emiterį ir į bazę, tada gausite p-n sandūrą, bus elektronų perteklius, dėl to kolektorius surinks šį stiprų elektronų srautą ir srovė bus sustiprinta. Pamiršau pasakyti – tranzistorius, kaip ir diodas, gali būti dviejų būsenų: uždaro ir atviro. Tai viskas, mes susidūrėme su tranzistoriais ir diodais, žemiau parodytas dviejų p-n-p ir n-p-n konstrukcijų brėžinys.

4 pav. Dvi tranzistorių struktūros: p-n-p ir n-p-n.

Šis straipsnis baigtas, jei kažkas neaišku, susisiekite su manimi, aš jums pasakysiu ir atsakysiu. Sveiki visi. Aš buvau su tavimi Dmitrijus Civcynas.

Aptarkite straipsnį PUSLAIDININIAI TRANSISTORIAI IR DIODAI

Populiarus kategorijoje: