Sammenlign halvlederdiode og transistor. Halvlederdioder og transistorer, bruksområde

Halvlederdiode kalt et ikke-signalforsterkende elektronisk element med ett elektron-hull-kryss og to ledninger fra anoden og katoden.

Dioder brukes i elektroniske kretser for å konvertere parametrene til elektriske signaler (retting, stabilisering). Dioder er forskjellige i design ( punkt, plan) og i henhold til symbolet på diagrammene (avhengig av funksjonelt formål).

Driftsprinsipp diode illustrerer det volt-ampere egenskaper, de. avhengighet av strømmen av den påtrykte spenningen, (fig. 1), hvorfra det er klart at dioden har enveis ledningsevne(passer strøm i foroverretningen og passerer praktisk talt ikke i motsatt retning).

Dioden er koblet i retning forover når den positive polen til strømkilden er koblet til anoden A, og den negative polen til strømkilden er koblet til katoden K. Dette tilsvarer den karakteristiske grenen i første kvadrant. En stor foroverstrøm går gjennom dioden.

Når koblet til omvendt retning (pluss - til katoden, minus - til anoden), reversstrømmen I OBR som går gjennom dioden er veldig liten (mkA).

I dette tilfellet vil likestrømmen, som man kan se fra fig. 1, avhenger vesentlig av temperatur miljø (øker med økende temperatur).

Ris. 1. Strømspenningskarakteristikk for dioden.

Diode egenskaper:

I tillegg til den betraktede strømspenningen inkluderer hovedegenskapene til dioden:

Maksimal foroverstrøm Jeg ETC ;

Temperaturmotstand t 0 maks ;

Maksimal reversspenning U KP .

DC motstand R 0 = U ETC / Jeg ETC ;

AC motstand R Jeg = Δ U ETC / Δ Jeg ETC ;

Helning av strøm-spenningskarakteristikk S = Δ Jeg ETC / Δ U ETC ;

Strømtap ved anoden P EN = U ETC Jeg ETC ;

Bruksområde for dioder: AC likeretting; spenningsstabilisering; arbeid i fotovoltaiske enheter; arbeid i mikrobølgekretser osv.

Transistorer

Transistorer - halvlederenheter med to r-p overganger tillater det forbedre elektrisk signal og har vanligvis tre terminaler. Delt inn i to grupper - bipolar og unipolar(felt). Grunnleggende kretser for tilkobling av en bipolar transistor - med felles base, med felles emitter og med felles samler. Type bryterkrets bestemmer med hvilken parameter transistoren forsterker signalet (spenning, strøm, etc.).

Bipolar transistor er en halvlederenhet med en tre-lags struktur med vekslende typer ledningsevne og to r-p overganger, tillater forsterkning av elektriske signaler og har tre utganger. Skille direkte (p-n-p) og omvendt (n-p-n) transistorer, forskjellen mellom som er polaritet kobler til strømforsyninger.

Komponentene til en transistor tilsvarer lagene og heter: emitter– ladningsgiver, utgangspunkt– base og samler– ladeoppsamler. Lag har

forskjellig ledningsevne: ekstrem (emitter og kollektor) - hulls, og basen som ligger mellom dem er elektroniskn(Fig. 2).

Emitter Base Collector

Jegeh JegTil

InngangExit

Ris. 2. Bipolar s- n- s transistor koblet i henhold til en felles basekrets

La oss vurdere prinsippet om drift av en transistor. Som man kan se på fig. 2 har transistoren to koblinger: s- n Og n- s. Første overgang ( s- n) inkludert i direkte retning, dvs. minus k n-områder, og pluss til R– områder – til emitteren. Derfor vil likestrøm flyte gjennom dette krysset. Andre overgang ( n- s) inkludert i omvendt retning, dvs. pluss til base ( n- område), og minus til R– områder – til samleren. Hvis du åpner emitter (inngang) krets, dette krysset, som ligger under omvendtU K når den er slått på, vil den være praktisk talt lukket.

Hvis du lukker emitterkretsen (legger på et inngangssignal), gjennom den første (åpen) s- n kryss, vil en likestrøm flyte, dannet ved injeksjon av hull i basen. Siden tykkelsen på basen er liten, og halvlederne som emitteren og basen er laget av er valgt med forskjellige konsentrasjoner av hovedbærerne, dvs. konsentrasjonen av hull i emitteren er betydelig høyere enn konsentrasjonen av elektroner i basen, vil det være så mange hull i basen at bare en liten del av dem vil finne i basen de elektronene som er nødvendige for rekombinasjon. Derfor begynner innkommende hull som ikke har rekombinert med elektroner å bevege seg til de områdene av basen som er ved siden av kollektoren. Positive hull som nærmer seg kollektorkrysset, og opplever virkningen av et sterkt akselererende felt fra et kraftig samlebatteri U K, passerer inn i kollektoren og rekombiner med elektroner som kommer inn i kollektoren fra batteriets negative pol. Som et resultat vil kollektorstrøm begynne å flyte gjennom kollektorkrysset Jeg K, til tross for at omvendt spenning påføres krysset. Denne kollektorstrømmen vil være 90 - 95 % av emitterstrømmen (på grunn av det lille antallet rekombinerende hull som er igjen i basen). Men det viktigste er at størrelsen på kollektorstrømmen vil avhenge av størrelsen på emitterstrømmen og vil endre seg proporsjonalt med endringen. Faktisk, jo større strømmen er gjennom emitterovergangen, dvs. jo flere hull emitteren injiserer i basen, desto større blir kollektorstrømmen, som avhenger av antallet av disse hullene. Dette fører til en praktisk viktig konklusjon:

Ved å styre emitterstrømmen til transistoren kan man dermed styre kollektorstrømmen, og i dette tilfellet skjer en forsterkningseffekt.

Denne egenskapen bestemte bruksområdet for transistorer i forsterkerkretser. Så for eksempel vil den betraktede kretsen for å koble en transistor med en felles base gi spenning og effektforsterkning inngangssignal, siden utgangsbelastningsmotstanden Rn med passende valg av batterispenning UTil kan være betydelig større enn motstanden ved forsterkerinngangen, dvs. R H >> R VX, og inngangen (emitter Jeg E) og utgang (samler Jeg TIL) strømmene er omtrent like. Derav spenningen og kraften som tilføres inngangen U VX = Jeg VX * R VX ; Pinput= Jeg 2 input * Rinput mindre enn de tilsvarende verdiene for spenning og effekt ved utgangen, dvs. i belastningen U = Jeg TIL * R N ; Pn = Jeg K 2 * RN. Det er ingen nåværende gevinst i dette tilfellet (siden Jeg E ~ = Jeg TIL).

Oftere brukes imidlertid en annen transistorkoblingskrets - felles emitterkrets, hvor det, i tillegg til effektforsterkning, også er strømforsterkning. Tilkoblingsskjema med felles samler brukes ved drift på en last med lav motstand eller fra en sensor med høy motstand. Gevinsten til en slik krets når det gjelder strøm og effekt er flere titalls enheter, og når det gjelder spenning - omtrent en.

For riktig å forstå prinsippet om drift av transistorkretser, er det nødvendig å ha en god forståelse av funksjonene til driften av en transistor som en forsterker, som er som følger: i motsetning til et vakuumrør, har transistoren en lav inngangsmotstand i de fleste svitsjekretser, som et resultat av at det antas at transistoren styres av inngangsstrømmen, og ikke av inngangsstrømmen. den lave inngangsmotstanden til transistorforsterkere fører til et merkbart forbruk av strøm (strøm) fra kilden til forsterkede oscillasjoner, derfor er hovedvikten i disse forsterkerne ikke spenningsforsterkning, men strøm- eller effektforsterkning; effektforsterkning k bestemmes av forholdet mellom effekten som er allokert ved utgangen til forsterkeren i nyttelasten og effekten brukt ved inngangsimpedansen til forsterkeren; Parametrene og egenskapene til transistoren er svært avhengig av temperaturen og den valgte modusen, noe som er en ulempe.

Transistoregenskaper:

Inngangs-, utgangs- og transientkarakteristikk, fig. 3,

Ris. 3. Transistoregenskaper: a – inngang, b – utgang, c – overgang

Gain (overføring) i generelle termer, spenning, strøm, effekt

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

Transistor AC inngangsimpedans

R = ΔU ВХ / ΔI ВХ.

Tap av samlerkraft

P K = U K * I K .

Fordeler med transistorer: små dimensjoner, høy følsomhet, treghetsfri; varighet; feil: betydelig påvirkning av ytre faktorer (temperatur, e/m-felt, radioaktiv stråling, etc.).

Bruksområde transistorer: Kablet og radiokommunikasjon; TV; radar; radionavigasjon; automatisering og telemekanikk; Datateknikk; måleteknologi; forsterker kretser; minnebrikker for digitale enheter, etc.

Forberedt

Elev av klasse 10 "A"

Skole nr. 610

Ivchin Alexey

Sammendrag om emnet:

"Halvlederdioder og transistorer, deres bruksområder"

1. Halvledere: teori og egenskaper
2. Grunnleggende halvlederenheter (struktur og applikasjon)
3. Typer halvlederenheter
4. Produksjon
5. Anvendelsesområde

1. Halvledere: teori og egenskaper

Først må du bli kjent med ledningsmekanismen i halvledere. Og for å gjøre dette, må du forstå naturen til bindingene som holder atomene til en halvlederkrystall nær hverandre. Tenk for eksempel på en silisiumkrystall.

Silisium er et fireverdig grunnstoff. Dette betyr at i det ytre

Skallet til et atom har fire elektroner som er relativt svakt bundet til kjernen. Antallet nærmeste naboer til hvert silisiumatom er også fire. Samspillet mellom et par naboatomer utføres ved hjelp av en polyelektronisk binding, kalt en kovalent binding. I dannelsen av denne bindingen deltar ett valenselektron fra hvert atom, som splittes fra atomene (kollektivisert av krystallen) og under bevegelsen tilbringer mesteparten av tiden i rommet mellom naboatomene. Deres negative ladning holder de positive silisiumionene nær hverandre. Hvert atom danner fire bindinger med sine naboer, og et hvilket som helst valenselektron kan bevege seg langs en av dem. Etter å ha nådd et naboatom, kan det gå videre til det neste, og deretter videre langs hele krystallen.
Valenselektroner tilhører hele krystallen. Par-elektronbindingene til silisium er ganske sterke og brytes ikke ved lave temperaturer. Derfor leder ikke silisium ved lave temperaturer elektrisk strøm. Valenselektronene som er involvert i bindingen av atomer er godt festet til krystallgitteret, og det eksterne elektriske feltet har ikke en merkbar effekt på deres bevegelse.

Elektronisk ledningsevne.
Når silisium varmes opp, øker den kinetiske energien til partiklene og individuelle bindinger brytes. Noen elektroner forlater banene og blir frie, som elektroner i et metall. I et elektrisk felt beveger de seg mellom gitternoder og danner en elektrisk strøm.
Konduktiviteten til halvledere på grunn av tilstedeværelsen av frie elektroner i metaller kalles elektronisk ledningsevne. Når temperaturen øker, øker antallet brutte bindinger, og dermed frie elektroner. Ved oppvarming fra 300 til 700 K øker antallet gratis ladebærere fra 10,17 til 10,24 1/m.3. Dette fører til en reduksjon i motstand.

Hullledningsevne.

Når en binding brytes, dannes et ledig sted med et manglende elektron.
Det kalles et hull. Hullet har en overflødig positiv ladning sammenlignet med andre, normale bindinger. Posisjonen til hullet i krystallen er ikke konstant. Følgende prosess skjer kontinuerlig. Et av elektronene som sørger for koblingen av atomer hopper til stedet for de dannede hullene og gjenoppretter par-elektronbindingen her. og der dette elektronet hoppet fra, dannes det et nytt hull. Dermed kan hullet bevege seg gjennom hele krystallen.
Hvis den elektriske feltstyrken i prøven er null, skjer bevegelsen av hull, tilsvarende bevegelsen av positive ladninger, tilfeldig og skaper derfor ikke en elektrisk strøm. I nærvær av et elektrisk felt oppstår en ordnet bevegelse av hull, og dermed blir den elektriske strømmen knyttet til bevegelsen av hull lagt til den elektriske strømmen til frie elektroner. Bevegelsesretningen til hull er motsatt av bevegelsesretningen til elektroner.
Så i halvledere er det to typer ladningsbærere: elektroner og hull. Derfor har halvledere ikke bare elektronisk, men også hullledningsevne. Konduktivitet under disse forholdene kalles den indre ledningsevnen til halvledere. Den indre ledningsevnen til halvledere er vanligvis lav, siden antallet frie elektroner er lite, for eksempel i germanium ved romtemperatur ne = 3 per 10 i 23 cm i –3. Samtidig er antallet germaniumatomer i 1 kubikkcm omtrent 10 av 23. Dermed er antallet frie elektroner omtrent en ti-milliard av det totale antallet atomer.

Et vesentlig trekk ved halvledere er at i nærvær av urenheter, sammen med deres egen ledningsevne, vises en ekstra - urenhetsledningsevne. Ved å endre urenhetskonsentrasjonen kan du betydelig endre antallet ladningsbærere til et eller annet tegn. Takket være dette er det mulig å lage halvledere med en dominerende konsentrasjon av enten negativt eller positivt ladede bærere. Denne egenskapen til halvledere åpner for store muligheter for praktiske anvendelser.

Donor urenheter.
Det viser seg at i nærvær av urenheter, for eksempel arsen-atomer, selv ved svært lave konsentrasjoner, øker antallet frie elektroner mange ganger. Dette skjer av følgende grunn. Arsenatomer har fem valenselektroner, hvorav fire er involvert i å skape en kovalent binding mellom dette atomet og omkringliggende atomer, for eksempel med silisiumatomer. Det femte valenselektronet ser ut til å være svakt bundet til atomet. Det forlater lett arsen-atomet og blir fritt. Konsentrasjonen av frie elektroner øker betydelig, og blir tusen ganger større enn konsentrasjonen av frie elektroner i en ren halvleder. Urenheter som lett donerer elektroner kalles donorurenheter, og slike halvledere er n-type halvledere. I en n-type halvleder er elektroner de fleste ladningsbærere og hull er minoritets ladningsbærere.

Akseptor urenheter.
Hvis indium, hvis atomer er treverdige, brukes som en urenhet, endres arten av ledningsevnen til halvlederen. Nå, for å danne normale parelektroniske bindinger med naboene, mangler indiumatomet et elektron. Som et resultat dannes et hull. Antall hull i krystallen er lik antall urenhetsatomer. Urenheter av denne typen kalles akseptorurenheter. I nærvær av et elektrisk felt beveger hull seg rundt feltet og hullledning oppstår. Halvledere med en overvekt av hullledningsevne over elektronledningsevne kalles p-type halvledere (fra ordet positiv - positiv).

2. Grunnleggende halvlederenheter (struktur og applikasjon)
Det er to grunnleggende halvlederenheter: dioden og transistoren.

Diode.
I dag brukes dioder i økende grad i halvledere for å likerette elektrisk strøm i radiokretser, sammen med to-elektrode lamper, siden de har en rekke fordeler. I et vakuumrør skapes ladningsbærere elektroner ved å varme katoden. I et p-n-kryss dannes ladningsbærere når en akseptor- eller donorurenhet innføres i krystallen, det er altså ikke behov for en energikilde for å få ladningsbærere. I komplekse kretsløp viser energibesparelsene som følge av dette seg å være svært betydelige. I tillegg er halvlederlikerettere med samme verdier av likerettet strøm mer miniatyr enn rørlikerettere.

Strøm-spenningskarakteristikken for forover- og bakoverkoblinger er vist i figur 2.

De erstattet lamper og er veldig mye brukt i teknologi, hovedsakelig for likerettere; dioder har også funnet anvendelse i forskjellige enheter.

Transistor.
La oss vurdere en type transistor laget av germanium eller silisium med donor- og akseptorurenheter innført i dem. Fordelingen av urenheter er slik at et veldig tynt (i størrelsesorden flere mikrometer) lag av n-type halvleder dannes mellom to lag av p-type halvleder Fig. 3.
Dette tynne laget kalles basen eller basen To p-n-overganger dannes i krystallen, hvis direkte retninger er motsatte. Tre terminaler fra områder med forskjellige typer ledningsevne lar deg inkludere en transistor i kretsen vist i figur 3. Med denne koblingen er venstre p-n-kryss direkte og skiller basen fra området med p-type ledningsevne, kalt emitter. Hvis det ikke var noen rett p –n
-overgang, i emitter-base-kretsen vil det være en strøm avhengig av spenningen til kildene (batteri B1 og vekselspenningskilden) og motstanden til kretsen, inkludert den lave motstanden til direkte emitter-base-overgangen. Batteri B2 kobles til slik at høyre pn-kryss i kretsen (se fig. 3) er reversert. Den skiller basen fra den høyre p-type regionen kalt samleren. Hvis det ikke var noe venstre pn-kryss, ville strømstyrken i kollektorkretsen være nær null. Siden den omvendte kryssmotstanden er veldig høy. Når det eksisterer en strøm i venstre p-n-kryss, oppstår det en strøm i kollektorkretsen, og strømstyrken i kollektoren er bare litt mindre enn strømstyrken i emitteren. Når det dannes en spenning mellom emitteren og basen, hovedbærere av p-type halvleder - hull trenger gjennom basen, GDR de er allerede hovedbærerne. Siden tykkelsen på basen er veldig liten og antallet hovedbærere (elektroner) i den er lite, vil hullene som kommer inn i den nesten ikke kombineres (ikke rekombineres) med elektronene i basen og trenger inn i kollektoren pga. til diffusjon. Det høyre pn-krysset er stengt for basens hovedladningsbærere - elektroner, men ikke til hull. I kollektoren blir hull ført bort av det elektriske feltet og fullfører kretsen.
Styrken til strømmen som forgrener seg inn i emitterkretsen fra basen er veldig liten, siden tverrsnittsarealet til basen i det horisontale (se fig. 3) planet er mye mindre enn tverrsnittet i det vertikale planet . Strømstyrken i kollektoren, nesten lik strømstyrken i emitteren, endres sammen med strømmen i emitteren.
Motstanden til motstanden R har liten effekt på strømmen i kollektoren, og denne motstanden kan gjøres ganske stor. Ved å kontrollere emitterstrømmen ved hjelp av en vekselspenningskilde koblet til dens krets, får vi en synkron endring i spenningen over motstanden. Hvis motstanden til motstanden er stor, kan endringen i spenning over den være titusenvis av ganger større enn endringen i signalet i emitterkretsen.Dette betyr en spenningsøkning. Ved å bruke en last R er det derfor mulig å få elektriske signaler hvis effekt er mange ganger større enn kraften som kommer inn i emitterkretsen.De erstatter vakuumrør og er mye brukt i teknologi.

3. Typer halvlederenheter.
I tillegg til plane dioder (fig. 8) og transistorer, finnes det også punktdioder (fig. 4). Punkttransistorer (struktur se på figur) støpes før bruk, d.v.s. passere en strøm av en viss størrelse, som et resultat av at et område med hullledningsevne dannes under tuppen av ledningen. Transistorer kommer i p-n-p og n-p-n typer. Betegnelse og generell oversikt i figur 5.
Det er foto- og termistorer og varistorer som vist på figuren. Plane dioder inkluderer selen likerettere Grunnlaget for en slik diode er en stålskive, belagt på den ene siden med et lag av selen, som er en halvleder med hullledningsevne (se fig. 7). Overflaten av selen er belagt med en kadmiumlegering, noe som resulterer i at det dannes en film med elektronisk ledningsevne, som et resultat av at det dannes en likeretterstrømovergang Jo større areal, jo større likeretterstrøm.

4. Produksjon
Diodens produksjonsteknologi er som følger. Et stykke indium smeltes på overflaten av en firkantet plate med et areal på 2-4 cm2 og en tykkelse på flere brøkdeler av en millimeter, kuttet fra en halvlederkrystall med elektronisk ledningsevne. Indium er fast legert med platen, i dette tilfellet trenger indiumatomer inn
(diffus) inn i tykkelsen på platen, og danner i den et område med en overvekt av hullledningsevne, fig. 6. Dette resulterer i en halvlederanordning med to områder med forskjellige typer ledningsevne, og en p-n-overgang mellom dem. Jo tynnere halvlederwafer. jo lavere motstanden til dioden i foroverretningen er, desto større er strømmen korrigert av dioden. Diodekontaktene er en indiumdråpe og en metallskive eller stav med blyledere.
Etter montering av transistoren monteres den i huset og den elektriske tilkoblingen kobles til. fører til kontaktplatene til krystallet og ledningen til pakken og forsegler pakken.

5. Anvendelsesområde

Dioder er svært pålitelige, men grensen for deres bruk er fra –70 til 125 C. Fordi en punktdiode har veldig liten kontaktflate, så strømmene som slike dioder kan levere er ikke mer enn 10-15 mA. Og de brukes hovedsakelig til å modulere høyfrekvente svingninger og til måleinstrumenter. For enhver diode er det visse maksimalt tillatte grenser for forover- og reversstrøm, avhengig av forover- og reversspenningen og bestemmer dens rettings- og styrkeegenskaper.

Transistorer, som dioder, er følsomme for temperatur og overbelastning og penetrerende stråling. Transistorer, i motsetning til radiorør, brenner ut på grunn av feil tilkobling.

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

Figur 2

Bilde 1

Figur 3

Figur 4

Figur 5

Figur 4

HALVLEDERSDIODE

Halvlederdioder er halvlederenheter med ett elektrisk kryss og to terminaler. De brukes til å likerette vekselstrøm, oppdage vekseloscillasjoner, konvertere mikrobølgesvingninger til mellomfrekvensoscillasjoner, stabilisere spenning i likestrømkretser, etc. I henhold til deres formål er halvlederdioder delt inn i likeretterdioder, høyfrekvente dioder, varicaps, zener dioder osv.

Likeretterdioder. Likeretter-halvlederdioder er designet for å konvertere vekselstrøm til likestrøm.

Grunnlaget for moderne likeretterdioder er et elektron-hullskryss (EDJ), som oppnås ved fusjon eller diffusjon. Materialet som brukes er germanium eller silisium.

For å oppnå store verdier av likerettede strømmer i likerettede dioder, brukes EAF-er med et stort område, siden for normal drift av dioden bør strømtettheten gjennom krysset ikke overstige 1-2 A/mm 2.

Slike dioder kalles plane. Utformingen av en plan halvlederdiode med lav effekt er vist i fig. 2.1, a. For å forbedre varmespredningen i mellomstore dioder Og med høy effekt, er en skrue sveiset til kroppen deres, med hvilken diodene er festet til en spesiell radiator eller chassis (fig. 2.1, b).

Hovedkarakteristikken til en likeretterdiode er dens strømspenningskarakteristikk (volt-ampere-karakteristikk). Typen strøm-spenningskarakteristikk avhenger av halvledermaterialet og temperaturen (fig. 2.2, a og b).

Hovedparametrene for å likerette halvlederdioder er:

konstant foroverspenning U np ved en gitt foroverstrøm;

den maksimalt tillatte reversspenningen U o 6 p maks som dioden fortsatt kan fungere normalt ved i lang tid;

konstant reversstrøm som flyter gjennom dioden ved en reversspenning lik U o 6 p max ;

gjennomsnittlig likerettet strøm, som kan passere gjennom dioden i lang tid ved en akseptabel temperatur for oppvarmingen;

maksimal tillatt effekt som dissiperes av dioden, på som sikrer den angitte påliteligheten til dioden.

I henhold til den maksimalt tillatte verdien av den gjennomsnittlige likerettede strømmen, er dioder delt inn i laveffekt (), middels kraft ( ) og høy effekt (). Høyeffekt likeretterdioder kalles effektdioder.

Laveffekt likeretterelementer, som er likeretterhalvlederdioder koblet i serie, kalles likeretterkolonner. Likeretterenheter produseres også hvor likeretterdioder er koblet i henhold til en bestemt (for eksempel bro) krets.

Likeretterhalvlederdioder er i stand til å operere ved frekvenser på 50 ... 10 5 Hz (effektdioder - ved frekvenser på 50 Hz), dvs. de er lavfrekvente.

Høyfrekvente dioder. Høyfrekvente dioder inkluderer halvlederdioder som er i stand til å operere ved frekvenser opp til 300 MHz. Dioder som opererer ved frekvenser over 300 MHz kalles ultrahøy frekvens (mikrobølge).

Etter hvert som frekvensen øker, øker shuntingen av differensialmotstanden til den revers-forspente EHP av ladekapasitansen. Dette fører til en reduksjon i omvendt motstand og en forringelse av diodens likeretteregenskaper. Siden verdien av ladekapasiteten er proporsjonal med arealet til EAF, er det nødvendig å redusere arealet til EAF for å redusere det.

Mikrolegeringsdioder har et lite koblingsområde, men de... Ulempen er akkumuleringen av minoritetsladningsbærere i basen, som sprøytes inn i den når dioden slås direkte på. Dette begrenser ytelsen (frekvensområdet) til mikrolegeringsdioder.

Punktdioder som er i stand til å operere i mikrobølgeområdet har bedre ytelse og derfor høyere frekvenser. I deres design presses en metallfjær med en diameter på omtrent 0,1 mm med spissen mot en halvlederkrystall. Fjærmaterialet er valgt slik at arbeidsfunksjonen til elektroner fra det er større enn fra halvlederen. I dette tilfellet dannes et blokkeringslag ved metall-halvledergrensesnittet, kalt Schottky-barrieren - oppkalt etter den tyske forskeren som studerte dette fenomenet. Dioder hvis drift er basert på egenskapene til Schottky-barrieren kalles Schottky-dioder. I dem bæres den elektriske strømmen av de fleste ladningsbærere, som et resultat av at det ikke er noen fenomener med injeksjon og akkumulering av minoritetsladningsbærere.

Høyfrekvente og mikrobølgedioder brukes til å likerette høyfrekvente oscillasjoner (likeretter), deteksjon (detektor), effektnivåkontroll (svitsjing), frekvensmultiplikasjon (multiplikering) og andre ikke-lineære transformasjoner av elektriske signaler.

Varicaps. Varicaps er halvlederdioder hvis handling er basert på avhengigheten av kapasitans på omvendt spenning. Varicaps brukes som et element med elektrisk styrt kapasitans.

Naturen til avhengigheten er vist i fig. 2.3, a. Denne avhengigheten kalles kapasitans-spenningskarakteristikken til en varicap. Hovedparametere

varicaps er:

nominell kapasitans målt ved en gitt reversspenning;

kapasitans overlappingskoeffisient Kc, bestemt av forholdet mellom varicap-kapasitansene ved to verdier av omvendt spenning;

maksimal tillatt reversspenning;

kvalitetsfaktor Q B definert som forholdet mellom varicap-reaktansen og tapsmotstanden.

Halvleder zener dioder. En halvleder zenerdiode er en halvlederdiode, spenningen over som opprettholdes med en viss nøyaktighet når strømmen som går gjennom den endres i et gitt område. Den er designet for å stabilisere spenningen i DC-kretser.

Strømspenningskarakteristikken til zenerdioden er vist i fig. 2.4, a, og symbolet er i fig. 2,4, b.

Hvis det lages en EDP på ​​begge sider av en silisiumplate, vil du få en zenerdiode med en symmetrisk strøm-spenningskarakteristikk - en symmetrisk zenerdiode (fig. 2.4, c).

Arbeidsdelen av zenerdioden er delen av elektrisk sammenbrudd. Når strømmen som flyter gjennom zenerdioden endres fra verdi til verdi. spenningen over den avviker lite fra verdien Bruken av zenerdioder er basert på denne egenskapen.

Prinsippet for drift av en spenningsstabilisator på en silisiumzenerdiode (fig. 2.4, d) er at når spenningen U VX endres, endres strømmen som flyter gjennom zenerdioden, og spenningen på zenerdioden og belastningen R koblet til parallelt med det praktisk talt ikke endres.

Hovedparametrene til silisiumzenerdioder er:

stabilisering spenning U st;

minimum og maksimum stabiliseringsstrømmer;

maksimalt tillatt effekttap

differensiell motstand i stabiliseringsdelen ;

temperaturkoeffisient for spenning i stabiliseringsseksjonen

I moderne zenerdioder varierer stabiliseringsspenningen fra 1 til 1000 V med stabiliseringsstrømmer fra 1 mA til 2 A. For å stabilisere spenninger mindre enn 1 V, brukes den direkte grenen av I-V-karakteristikken til en silisiumdiode, kalt en stabistor. . For zenerdioder B. Ved å koble zenerdioder (eller stabistorer) i serie kan du oppnå hvilken som helst nødvendig stabiliseringsspenning.

Differansemotstanden i stabiliseringsdelen er tilnærmet konstant og for de fleste zenerdioder er den 0,5...200 Ohm. Temperaturkoeffisienten for spenning kan være positiv (for zenerdioder med ) og negativ (for zenerdioder med U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

BIPOLAR TRANSISTORER

En bipolar transistor (BT) eller ganske enkelt en transistor er en halvlederenhet med to interagerende EDP-er og tre eller flere terminaler, hvis forsterkende egenskaper bestemmes av fenomenene injeksjon og utvinning av minoritetsladningsbærere.

Elektron-hull-forbindelser dannes mellom tre områder av en halvleder med forskjellige typer elektrisk ledningsevne. I samsvar med vekslingsrekkefølgen av p- og n-regioner er BT-er delt inn i transistorer av p-p-p-typen og transistorer av p-p-p-typen (fig. 2.5).

Den midtre delen av transistoren kalles basen, den ene ekstremregionen er emitteren (E), og den andre er kollektoren (K). Vanligvis er konsentrasjonen av urenheter i emitteren større enn i oppsamleren. I en p-p-p type BT har basen p-type elektrisk ledningsevne, og emitter og kollektor er n-type.

EDP ​​dannet mellom emitteren og basen kalles emitter, og mellom basen og kollektoren - kollektor.

Transistor driftsmoduser. Avhengig av metoden for å koble emitter og kollektor EDP til strømkilder, kan den bipolare transistoren operere i en av fire moduser: cutoff, metning, aktiv og invers.

Emitter- og kollektor-EF-ene i cutoff-modus (fig. 2.6, a) forskyves i motsatt retning, og i metningsmodus (fig. 2.6, 6) - i foroverretningen. Kollektorstrømmen i disse modusene er praktisk talt uavhengig av emitterspenningen og strømmen.

Avskjærings- og metningsmodus brukes når BT brukes i puls- og nøkkelenheter.

Når transistoren opererer i aktiv modus, forskyves emitterkrysset i foroverretningen, og kollektorkrysset i motsatt retning (fig. 2.6, c).

Under påvirkning av likespenning 11e flyter en strøm i emitterkretsen, og skaper kollektor- og basisstrømmer, så

Kollektorstrømmen inneholder to komponenter: kontrollert, proporsjonal med emitterstrømmen og ukontrollert, skapt av driften av minoritetsbærere gjennom det omvendte forspente kollektorovergangen. Proporsjonalitetsfaktoren kalles den statiske overføringskoeffisienten til emitterstrømmen. For de fleste moderne BT-er og mer.

Basisstrømmen inkluderer en rekombinasjonskomponent, forårsaket av at elektroner kommer inn i basen for å kompensere for den positive ladningen til hull som rekombinerer i basen, og en ukontrollert komponent av kollektorstrømmen, slik at

Ved bruk av en BT som forsterkerelement må en av terminalene være felles for inngangs- og utgangskretsene. I diagrammet vist i fig. 2.6, c, er den vanlige elektroden basen. En slik BT-tilkoblingskrets kalles en felles base (CB)-krets og er vanligvis avbildet som vist i fig. 2.7, a. I tillegg til OB-kretsen brukes i praksis også kretser med felles emitter (CE) og felles kollektor (CC).

I OE-kretsen (fig. 2.7, b) bestemmes forholdet mellom utgangs- og inngangsstrømmen av ligningen

Koeffisienten kalles den statiske basisstrømoverføringskoeffisienten. Det er relatert til forholdet

På verdiene er i området 19...99.

Komponenten representerer den omvendte (ukontrollerte) kollektorstrømmen i OE-kretsen. Denne strømmen er koblet til reversstrømmen i kretsen

Om forholdet

Av relasjon (2.4) følger det at revers kollektorstrømmen i OE-kretsen er mye større enn i OB-kretsen. Dette betyr at en endring i temperaturen i OE-kretsen har større effekt på endringen i strømmer (og derfor på endringer i statiske egenskaper og parametere) enn i OB-kretsen. Dette er en av ulempene ved å inkludere BT under OE-ordningen.

Når du slår på BT i henhold til OK-skjemaet. (Fig. 2.7, c) forbindelsen mellom utgangs- og inngangsstrømmen bestemmes av relasjonen

Fra en sammenligning av uttrykk (2.2) og (2.5) følger det at avhengighetene mellom inngangs- og utgangsstrømmene til BT i OE- og OK-kretsene er omtrent de samme. Dette lar deg bruke de samme egenskapene og parameterne for å beregne OE- og OK-kretser.

Den inverse modusen skiller seg fra den aktive modusen ved den motsatte polariteten til spenningene som påføres emitteren og kollektoren til EAF.

Statiske egenskaper. Statiske egenskaper uttrykker komplekse forhold mellom strømmer og spenninger

elektrodene til transistoren og avhenger av tilkoblingsmetoden.

I fig. 2.8 viser a en familie av inngangskarakteristikk av en BT av typen n-p-n, koblet i henhold til OE-kretsen, som uttrykker avhengigheten ved . Når inngangskarakteristikken er

direkte gren av strøm-spenningskarakteristikken til emitteren EHP. Når kollektorspenningen er positiv, skifter inngangskarakteristikken til høyre.

Utgangskarakteristikkene (fig. 2.8, b) gjenspeiler avhengigheten ved . Den bratte delen av karakteristikken tilsvarer metningsmodusen, og den flate delen tilsvarer den aktive modusen. Forholdet mellom kollektor- og basisstrømmen i et flatt snitt bestemmes ved uttrykk (2.2).

Små signalparametere for statisk modus. Når en transistor opererer i forsterkningsmodus, bestemmes dens egenskaper av småsignalparametere, for hvilke transistoren kan betraktes som et lineært element. I praksis er småsignalhybrid eller h-parametere mest brukt. Strømmer og spenninger ved små amplituder av variable komponenter i systemet med h-parametere er relatert av følgende forhold:

- inngangsmotstand;

- tilbakekoblingskoeffisient for spenning

- likestrømoverføringskoeffisient;

- utgangsledningsevne.

Parametre og måles i kortslutningsmodusen til utgangskretsen, og parametere og måles i inaktiv modus til inngangskretsen. Disse modusene er enkle å implementere. Verdiene til h-parametere avhenger av metoden for å slå på transistoren og ved lave frekvenser kan bestemmes fra statiske egenskaper. I dette tilfellet erstattes amplitudene til små strømmer og spenninger med inkrementer. Så, for eksempel, når en transistor slås på i henhold til en krets med en OE, er formlene for parametere og , bestemt fra inngangskarakteristikkene ved punkt A (fig. 2.8, a), skrevet i formen:

Parametre og bestemmes av utgangskarakteristikkene (fig. 2.8, b) ved å bruke formlene:

Parametrene bestemmes på samme måte når transistoren slås på i henhold til kretsen med OB.

Småsignalparametere kalles følgelig overføringskoeffisienter for emitterstrømmen og basisstrømmen. De karakteriserer forsterkningsegenskapene til transistoren når det gjelder strøm for vekslende signaler, og verdiene deres avhenger av transistorens driftsmodus og frekvensen til de forsterkede signalene. Med økende frekvens avtar således modulen til basisstrømoverføringskoeffisienten

Frekvensen som den synker med en faktor av verdien ved en lav frekvens kalles begrensende frekvens for basisstrømoverføring og er angitt . Frekvensen som den synker til 1 kalles BT-grensefrekvensen og er betegnet . Basert på verdien av grensefrekvensen er transistorer delt inn i lavfrekvente, mellomfrekvente, høyfrekvente og ultrahøyfrekvente.

TYRISTORER

En tyristor er en halvlederenhet med to stabile tilstander, som har tre eller flere overganger og kan bytte fra lukket tilstand til åpen tilstand og omvendt.

Tyristorer med to terminaler kalles dioder eller dinistorer, og de med tre terminaler kalles trioder eller tyristorer.

Dinistorer. Dinistorstrukturen består av fire halvlederområder med vekslende typer elektrisk ledningsevne , mellom hvilke tre EDPer dannes. De ekstreme EDP-ene er emitter, og den midterste er samler. Regionen kalles emitter eller anode, regionen kalles katoden.

Å koble anoden til dinistoren til den positive polen til en ekstern kilde, og katoden til den negative, tilsvarer den direkte tilkoblingen til dinistoren. Når polariteten til kildespenningen reverseres, skjer omvendt svitsjing.

Ved direkte tilkopling kan dinistoren representeres som en kombinasjon av to transistorer p - n - p og n - p - n (fig. 2.9, a) med emitterstrømoverføringskoeffisienter og .

Strømmen som flyter gjennom dinistoren inneholder hullinjeksjonskomponenten til transistoren, den elektroniske injeksjonskomponenten til transistoren og reversstrømmen til kollektorovergangen, dvs.

Foreløpig er dinistoren stengt. På prosesser utvikles i dinistoren, som fører til en skredlignende økning i injeksjonsstrømkomponentene og skifter kollektorovergangen i foroverretningen. I dette tilfellet synker motstanden til dinistoren kraftig og spenningsfallet over den overstiger ikke 1-2 V. Resten av kildespenningen faller over grensemotstanden (fig. 2.9, b).

Når dinistoren slås på igjen, flyter det en liten omvendt strøm gjennom den.

SCR. En tyristor skiller seg fra en dinistor i nærvær av en ekstra kontrollutgang fra basisområdet (fig. 2.10, a). Konklusjonen kan trekkes fra hvilken som helst base. En kilde koblet til denne pinnen oppretter

styrestrøm, som summeres til hovedstrømmen. Som et resultat bytter tyristoren fra en lukket tilstand til en åpen tilstand ved en lavere verdi på U a (fig. 2.10, b).

I femlags strukturer ved å utføre de ekstreme områdene riktig, kan du oppnå en symmetrisk strøm-spenningskarakteristikk (fig. 2.10, c). En slik tyristor kalles symmetrisk. Det kan være diode (diac) eller triode (triac).

Tyristoren slås av ved å redusere (eller avbryte) anodestrømmen eller endre polariteten til anodespenningen.

Tyristorene som vurderes kalles ikke-låsbare. Det finnes også turn-off tyristorer, som kan byttes fra åpne til lukkede ved å endre styreelektrodestrømmen. De skiller seg fra ikke-låsbare i design.

Tyristorparametere. Hovedparametrene til tyristorer er:

slå på spenning;

låse opp kontrollstrøm;

utkoblingsstrøm ;

restspenning U np ;

slå på tid;

avstengningstid ;

forsinkelsestid t 3;

maksimale stigningshastigheter for fremoverspenning (du/dt) maks og foroverstrøm (di/dl) maks.

Tyristorer er mye brukt i kontrollerte likerettere, DC-AC-omformere (invertere), spenningsstabilisatorer,

som kontaktløse brytere, i elektriske stasjoner, automasjonsenheter, telemekanikk, datateknologi, etc.

Symboler for tyristorer er vist i fig. 2.11.

FELTTRANSISTORER

En felteffekttransistor (FET) er en halvlederenhet hvis forsterkende egenskaper bestemmes av strømmen av hovedladningsbærere med samme fortegn som strømmer gjennom en ledende kanal og som styres av et elektrisk felt.

Kontrollelektroden, isolert fra kanalen, kalles en port. Basert på metoden for portisolasjon er felteffekttransistorer delt inn i tre typer:

1) med et kontroll-p-n-kryss, eller med en p-t-port;

2) med en metall-halvlederport, eller med en Schottky-port;

3) med en isolert lukker.

Felteffekttransistorer med p- n - lukker I en felteffekttransistor med en p-n-port (fig. 2.12) er n-type-kanalen isolert fra substratet og p-n-porten

bevegelser, som på grunn av oppfyllelsen av betingelsen hovedsakelig dannes i kanalen. Når tykkelsen på kanalen er størst, og motstanden er minimal. Hvis en negativ spenning påføres porten i forhold til kilden, vil p-n-kryssene utvide seg, tykkelsen på kanalen vil avta og motstanden øke. Derfor, hvis en spenningskilde er koblet mellom kilden og avløpet, kan strømmen Ic som strømmer gjennom kanalen kontrolleres ved å endre motstanden til kanalen ved å bruke spenningen som påføres porten. Driften av en PT med en p-n-port er basert på dette prinsippet.

De viktigste statiske egenskapene til en PT med en p-n-port er overførings- (drain-gate) og utgangs- (drain)-karakteristikk (fig. 2.13).

Gatespenningen der kanalen er fullstendig blokkert og dreneringsstrømmen reduseres til tideler av mikroampere kalles cutoff-spenningen og er betegnet .

Drainstrømmen ved U 3I = 0 kalles den initiale drainstrømmen.

Utgangskarakteristikkene inneholder bratte, eller ohmske, og flate områder. Det flate området kalles også metningsområdet eller kanaloverlappingsområdet.

Drenstrømmen som strømmer gjennom kanalen skaper et spenningsfall over dens distribuerte motstand, noe som øker kanal-gate og kanal-substrat reversspenninger, noe som fører til en reduksjon i kanaltykkelsen. Reversspenningene når sin største verdi ved grensen til avløpet, og i dette området er innsnevringen av kanalen maksimal (fig. 2.12). Ved en viss spenningsverdi lukkes begge p-n-kryssene i avløpsområdet og kanalen overlapper hverandre. Denne dreneringsspenningen kalles overslagsspenningen eller metningsspenningen (). Når en omvendt spenning påføres porten, oppstår en ytterligere innsnevring av kanalen, og blokkeringen skjer ved en lavere spenningsverdi.

Felteffekttransistorer med Schottky-port. I PT med en Schottky-port styres kanalmotstanden ved å endre, under påvirkning av portspenningen, tykkelsen på likeretterforbindelsen dannet ved grensesnittet mellom metallet og halvlederen. Sammenlignet med et p-n-kryss lar en likeretterende metall-halvleder-overgang en redusere kanallengden betydelig: opptil 0,5...1 µm. Samtidig reduseres dimensjonene til hele strukturen til FET betydelig, som et resultat av at FET-er med Schottky-barriere er i stand til å operere ved høyere frekvenser - opptil 50...80 GHz.

Felteffekttransistorer med isolert port. Disse transistorene har en metall-dielektrisk-halvlederstruktur og kalles kort MOS-transistorer. Hvis silisiumoksid brukes som et dielektrikum, kalles de også MOS-transistorer.

Det finnes to typer MOS-transistorer: med induserte og med innebygde kanaler.

I MOS-transistorer med en indusert p-type kanal (fig. 2.14), danner p-type drain- og source-regioner to motstrømsregioner med n-regionen til substratet

EAF-er er slått på, og når en kilde med en hvilken som helst polaritet er koblet til dem, vil det ikke være strøm i kretsen. Hvis en negativ spenning påføres porten i forhold til kilden og underlaget, vil en inversjon av typen elektrisk ledningsevne oppstå ved en tilstrekkelig verdi av denne spenningen i det nære overflatelaget av halvlederen som er plassert under porten. p-regioner av avløpet og kilden vil være forbundet med en p-type kanal. Denne portspenningen kalles terskelspenningen og er betegnet . Når den negative portspenningen øker, øker penetrasjonsdybden til inversjonslaget inn i halvlederen, noe som tilsvarer en økning i tykkelsen på kanalen og en reduksjon i motstanden.

Overførings- og utgangskarakteristikkene til en MOS-transistor med en indusert p-type kanal er presentert i fig. 2.15. Spenningsfallet over kanalmotstanden reduserer spenningen mellom porten

og kanal og kanaltykkelse. Den største innsnevringen av kanalen vil være ved avløpet, der spenningen er lavest .

I MOS-transistorer med en innebygget kanal mellom drain- og source-regionene skapes et tynt overflatenært lag (kanal) med samme type elektrisk ledningsevne som drain og source allerede på produksjonsstadiet. Derfor, i slike transistorer, flyter dreneringsstrømmen, kalt startstrømmen, ved .

De statiske utgangs- og overføringsegenskapene til en MOS-transistor med en innebygd p-type kanal er vist i fig. 2.16.

Differensielle parametere for PT. I tillegg til parametrene diskutert ovenfor, er egenskapene til PT preget av differensielle parametere: hellingen til overføringskarakteristikken, eller helningen til PT; differensiell motstand og statisk forsterkning.

Helningen til PT ved karakteriserer forsterkningsegenskapene til transistoren og for laveffekttransistorer er vanligvis flere mA/V.

Differansemotstanden ved representerer motstanden til DC-kanalen til vekselstrøm.

Hellingen til PT kan bestemmes av den statiske utgangen eller overføringsegenskapene (fig. 2.16) basert på uttrykket

og differensialmotstanden - i henhold til utgangsegenskapene i samsvar med uttrykket

Statisk forsterkning at beregnes vanligvis ved hjelp av formelen.

Konvensjonelle grafiske symboler for felteffekttransistorer er vist i fig. 2.17.

Felteffekttransistorer brukes i forsterkere med høy inngangsmotstand, bryter- og logiske enheter, samt i kontrollerte attenuatorer som et element hvis motstand endres under påvirkning av styrespenning.

Relatert informasjon.

1. Halvledere: teori og egenskaper

2. Grunnleggende halvlederenheter (struktur og applikasjon)

3. Typer halvlederenheter

4. Produksjon

5. Anvendelsesområde

1. Halvledere: teori og egenskaper

Først må du bli kjent med ledningsmekanismen i halvledere. Og for å gjøre dette, må du forstå naturen til bindingene som holder atomene til en halvlederkrystall nær hverandre. Tenk for eksempel på en silisiumkrystall.

Silisium er et fireverdig grunnstoff. Dette betyr at i det ytre

skallet til et atom har fire elektroner, relativt svakt bundet

med en kjerne. Antall nærmeste naboer til hvert silisiumatom er også lik

fire. Samspillet mellom et par naboatomer utføres ved hjelp av

paionoelektronisk binding kalt kovalent binding. Under utdannelse

denne bindingen fra hvert atom involverer ett valenselektron, co-

som er spaltet fra atomer (kollektivisert av krystallen) og når

i bevegelsen tilbringer de mesteparten av tiden i mellomrommet

naboatomer. Deres negative ladning holder de positive silisiumionene nær hverandre. Hvert atom danner fire bindinger med sine naboer,

og et hvilket som helst valenselektron kan bevege seg langs ett av dem. Etter å ha nådd et naboatom, kan det gå videre til det neste, og deretter videre langs hele krystallen.

Valenselektroner tilhører hele krystallen. Par-elektronbindingene til silisium er ganske sterke og brytes ikke ved lave temperaturer. Derfor leder ikke silisium ved lave temperaturer elektrisk strøm. Valenselektronene som er involvert i bindingen av atomer er godt festet til krystallgitteret, og det eksterne elektriske feltet har ikke en merkbar effekt på deres bevegelse.

Elektronisk ledningsevne.

Når silisium varmes opp, øker den kinetiske energien til partiklene, og

individuelle forbindelser er brutt. Noen elektroner forlater banene og blir frie, som elektroner i et metall. I et elektrisk felt beveger de seg mellom gitternoder og danner en elektrisk strøm.

Ledningsevnen til halvledere på grunn av tilstedeværelsen av frie metaller

elektroner elektroner kalles elektronledningsevne. Når temperaturen øker, øker antallet brutte bindinger, og dermed frie elektroner. Ved oppvarming fra 300 til 700 K øker antallet gratis ladebærere fra 10,17 til 10,24 1/m.3. Dette fører til en reduksjon i motstand.

Hullledningsevne.

Når en binding brytes, dannes et ledig sted med et manglende elektron.

Det kalles et hull. Hullet har en overflødig positiv ladning sammenlignet med andre, normale bindinger. Posisjonen til hullet i krystallen er ikke konstant. Følgende prosess skjer kontinuerlig. En

fra elektronene som sikrer forbindelsen av atomer, hopper til utvekslingsstedet

dannet hull og gjenoppretter den parelektroniske bindingen her.

og der dette elektronet hoppet fra, dannes det et nytt hull. Så

Dermed kan hullet bevege seg gjennom hele krystallen.

Hvis den elektriske feltstyrken i prøven er null, skjer bevegelsen av hull, tilsvarende bevegelsen av positive ladninger, tilfeldig og skaper derfor ikke en elektrisk strøm. I nærvær av et elektrisk felt oppstår en ordnet bevegelse av hull, og dermed blir den elektriske strømmen knyttet til bevegelsen av hull lagt til den elektriske strømmen til frie elektroner. Bevegelsesretningen til hull er motsatt av bevegelsesretningen til elektroner.

Så i halvledere er det to typer ladningsbærere: elektroner og hull. Derfor har halvledere ikke bare elektronisk, men også hullledningsevne. Konduktivitet under disse forholdene kalles den indre ledningsevnen til halvledere. Den indre ledningsevnen til halvledere er vanligvis lav, siden antallet frie elektroner er lite, for eksempel i germanium ved romtemperatur ne = 3 per 10 i 23 cm i –3. Samtidig er antallet germaniumatomer i 1 kubikkcm omtrent 10 av 23. Dermed er antallet frie elektroner omtrent en ti-milliard av det totale antallet atomer.

Et vesentlig trekk ved halvledere er at de

i nærvær av urenheter, sammen med iboende ledningsevne,

ekstra - urenhetsledningsevne. Endring av konsentrasjon

urenheter, kan du endre antallet ladebærere betydelig

eller annet tegn. Takket være dette er det mulig å lage halvledere med

dominerende konsentrasjon er enten negativ eller positiv

sterkt ladede transportører. Denne funksjonen til halvledere har blitt oppdaget

gir gode muligheter for praktisk anvendelse.

Donor urenheter.

Det viser seg at i nærvær av urenheter, for eksempel arsenatomer, selv ved svært lave konsentrasjoner, øker antallet frie elektroner i

mange ganger. Dette skjer av følgende grunn. Arsenatomer har fem valenselektroner, hvorav fire er involvert i å skape en kovalent binding mellom dette atomet og omkringliggende atomer, for eksempel med silisiumatomer. Det femte valenselektronet ser ut til å være svakt bundet til atomet. Det forlater lett arsen-atomet og blir fritt. Konsentrasjonen av frie elektroner øker betydelig, og blir tusen ganger større enn konsentrasjonen av frie elektroner i en ren halvleder. Urenheter som lett donerer elektroner kalles donorurenheter, og slike halvledere er n-type halvledere. I en n-type halvleder er elektroner de fleste ladningsbærere og hull er minoritets ladningsbærere.

Akseptor urenheter.

Hvis indium, hvis atomer er treverdige, brukes som en urenhet, endres arten av ledningsevnen til halvlederen. For å danne normale parelektroniske bindinger med naboene, vil ikke indiumatomet

får et elektron. Som et resultat dannes et hull. Antall hull i krystallen

tall er lik antall urenhetsatomer. Denne typen urenhet er

kalles akseptor (mottaker). I nærvær av et elektrisk felt

hullene blandes over feltet og hullledning oppstår. Av-

halvledere med en overvekt av hullledning over elektron-

De kalles p-type halvledere (fra ordet positiv - positiv).

2. Grunnleggende halvlederenheter (struktur og applikasjon)

Det er to grunnleggende halvlederenheter: dioden og transistoren.

I dag brukes dioder i økende grad i halvledere for å likerette elektrisk strøm i radiokretser, sammen med to-elektrode lamper, siden de har en rekke fordeler. I et vakuumrør skapes ladningsbærere elektroner ved å varme katoden. I et p-n-kryss dannes ladningsbærere når en akseptor- eller donorurenhet innføres i krystallen, det er altså ikke behov for en energikilde for å få ladningsbærere. I komplekse kretsløp viser energibesparelsene som følge av dette seg å være svært betydelige. I tillegg er halvlederlikerettere med samme verdier av likerettet strøm mer miniatyr enn rørlikerettere.

Hei til alle lesere" Radiokretser ", mitt navn er Dima, og i dag vil jeg fortelle deg i enkle ord og deres egenskaper, samt om transistorer og dioder. Så la oss komme i gang, husk først hvilke elektroniske elementer du har møtt? Og deres driftsprinsipp? Hvis du umiddelbart begynte å studere dioder og transistorer, så vil du ha mange spørsmål. Derfor er det bedre å starte med Ohms lov, og deretter fortsette til enklere design. Transistorer og dioder er ikke veldig enkle elementer som har egenskapen til en halvleder.

Du vet hvordan en enkel dirigent fungerer - ikke noe komplisert. Elektroner passerer gjennom atomet i høy hastighet og kolliderer med dem. I dette tilfellet oppstår motstand; du har allerede møtt dette ordet, selvfølgelig har du det. Motstandens beste venn kalles en motstand. En motstand er et passivt element som har større motstand enn en vanlig leder. Ok, la oss gå videre, vi må finne ut hva en halvleder er? En halvleder har ekstra elektroner i sin atombinding, de kalles frie elektroner, og det er hull. Hull er tomme rom der elektroner skal være. Figur 1 viser den indre strukturen til interatomiske bindinger til en halvleder.

Figur 1. Intern struktur av interatomiske bindinger til en halvleder.

La oss nå finne ut hvordan en halvleder passerer strøm. La oss forestille oss at vi koblet en halvleder til en galvanisk celle, for eksempel et vanlig batteri. Strømmen begynner å bevege seg fra pluss til minus. Under termiske fenomener begynner elektroner som passerer gjennom halvlederen å rive elektroner fra interatomiske bindinger. Hull oppstår og frie elektroner er ledsaget av passerende elektroner fra den galvaniske cellen. De samme elektronene som faller på hullet vil så å si hoppe inn i det og gjenopprette den interatomiske bindingen. Enkelt sagt, i en halvleder, når en strøm påføres den, brytes interatomiske bindinger, elektroner flyr ut og blir frie, andre fyller hullene de møter på vei. Og denne prosessen fortsetter i det uendelige. Figur 2 viser bevegelsen til elektroner.

Figur 2. Bevegelse og retning av elektroner og hull.

Halvlederdioder

Så vi fant ut hva en halvleder er og hva dens driftsprinsipp er. La oss nå gå videre til dioder, ikke de enkleste radio-elektroniske elementene. Jeg har allerede snakket om p-n-krysset ovenfor. Nå mer detaljert: p er positiv (positiv), n er negativ (negativ, negativ). La oss finne ut hvordan elektroner beveger seg i en diode. Tenk om vi kobler til et galvanisk element, for eksempel et batteri, slik at det blir polaritet. Å ja - vi forsto ikke polariteten. Vi kjenner allerede strukturen til dioden: p-n-krysset, p - positiv er anoden, n - negativ er katoden. Det er en tynn hvit stripe på diodens kropp - det er oftest katoden, den er koblet til minus, og den andre terminalen er anoden, som er koblet til pluss. La oss nå se på elektronenes bevegelse. Vi har koblet til de polare ledningene til dioden, nå oppstår det en strøm. Elektronene i det positive området begynner å bevege seg mot batteriets minus, og elektronene i det negative området begynner å bevege seg mot det positive, de møter hverandre, elektronene ser ut til å hoppe inn i hull, som et resultat sluttet begge å eksistere. Denne elektriske ledningsevnen kalles elektron-hull elektrisk ledningsevne, elektroner beveger seg med liten motstand, vist i figur 3 (A). Denne strømmen kalles likestrøm Ipr, men hva skjer hvis du endrer polariteten slik at anoden kobles til minus, og katoden til pluss. Hva vil skje? Det positive området, kort sagt, hullene vil begynne å bevege seg til batteriets minus, og frie elektroner til pluss, som et resultat vil et stort område vises, det er skyggelagt i figur 3 (B). Denne strømmen kalles revers, som har en veldig høy motstand, som overstiger flere hundre ohm, kilo-ohm og til og med mega-ohm.

Så, vi har sortert ut p-n-krysset, la oss nå snakke om formålet med dioden. Dioder brukes til detektormottakere for å skape pulserende likestrøm fra vekselstrøm. Hva er egentlig vekselstrøm? La oss huske. Vekselstrøm er en strøm som er i stand til å endre retning i løpet av hver halvsyklus, tidsenhet. Hvordan kan en diode få vekselstrøm til å pulsere? Slik gjør du: du husker at en diode sender strøm bare i én retning.

Figur 3. Bevegelse av revers- og fremoverstrømelektroner i en diode.

Når strømmen begynner å bevege seg fra pluss til minus, går en foroverstrøm stille uten særlig motstand, men når strømmen begynner å bevege seg fra minus til pluss, oppstår det en omvendt strøm, som dioden ikke slipper gjennom. Du har sannsynligvis sett en graf over vekselspenning; en slik bølget linje er en soloid. Dekker du bunnlinjen får du en pulserende strøm. Det betyr at dioden har kuttet av den nedre delen. Strømmen vil bare bevege seg i én retning - fra pluss til minus. Har det? La oss nå gå videre til transistorer.

Biopolare og felteffekttransistorer

Så vi kommer til biopolare og felteffekttransistorer. Vi vil kun studere biopolare transistorer, og vi vil ikke berøre felteffekttransistorer foreløpig - vi legger dem til side til neste leksjon. Biopolare transistorer kalles noen ganger enkle transistorer. Generelt har vi allerede studert halvledere og deres egenskaper, samt dioden og p-n-krysset. Nå kommer vi til en mer kompleks struktur. Struktur? Tror du hva det er, vi har allerede studert strukturen til dioden. La oss huske at strukturen er flere halvledere med enten hullledningsevne eller elektronisk ledningsevne; denne strukturen er kjent som et p-n-kryss. En enkel (bipolar) transistor har to strukturer. Disse er p-n-p struktur og n-p-n struktur. Men du har ikke studert funnene. Vel, selvfølgelig, en enkel transistor, som en felttransistor, har tre terminaler. Bare en vanlig transistor har et annet navn på terminalene og et annet driftsprinsipp. Ok, la oss se på pnp-strukturen. Den første terminalen er basen, som har en kontrollstrøm, den andre terminalen er emitteren, samhandler med basen, og den tredje terminalen er kollektoren, den økte strømmen fjernes fra den. La oss nå finne ut hvor hver utgang er og hvilket område den tilhører. Den første pinnen er basen, den tilhører den elektroniske regionen, det vil si "n", så hører emitteren til den positive pinnen, som er til venstre for basen, og samleren tilhører den positive pinnen, som er til høyre for basen.

Så la oss forstå prinsippet for drift av transistoren. Hvis strømmen er rettet til emitteren og til basen, vil du få et p-n-kryss, det vil være et overskudd av elektroner, som et resultat vil samleren samle denne sterke strømmen av elektroner og strømmen vil bli forsterket. Jeg glemte å si - en transistor, som en diode, kan være i to tilstander: lukket og åpen. Det er det, vi har behandlet transistorer og dioder, en tegning av to p-n-p og n-p-n strukturer er vist nedenfor.

Figur 4. To transistorstrukturer: p-n-p og n-p-n.

Denne artikkelen er ferdig, hvis noe ikke er klart, vennligst kontakt meg, jeg vil fortelle deg og svare. Ha det alle sammen. Jeg var med deg Dmitry Tsyvtsyn.

Diskuter artikkelen HALVLEDERE TRANSISTORER OG DIODER