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Compare diodo semicondutor e transistor. Diodos e transistores semicondutores, área de aplicação

Diodo semicondutor chamado de elemento eletrônico amplificador sem sinal com uma junção elétron-buraco e dois terminais do ânodo e do cátodo.

Os diodos são utilizados em circuitos eletrônicos para converter os parâmetros dos sinais elétricos (retificação, estabilização). Os diodos diferem em design ( ponto, plano) e de acordo com o símbolo nos diagramas (dependendo da finalidade funcional).

Princípio de funcionamento diodo ilustra isso características de volt-ampere, aqueles. dependência da corrente na tensão aplicada, (Fig. 1), da qual fica claro que o diodo tem condutividade unidirecional(passa a corrente no sentido direto e praticamente não passa no sentido reverso).

O diodo é conectado na direção direta quando o pólo positivo da fonte de corrente está conectado ao ânodo A e o pólo negativo da fonte de corrente está conectado ao cátodo K. Isto corresponde ao ramo característico no primeiro quadrante. Uma grande corrente direta passa pelo diodo.

Quando conectado a reverter direção (mais - para o cátodo, menos - para o ânodo), a corrente reversa I OBR que passa pelo diodo é muito pequena (mkA).

Neste caso, a corrente contínua, como pode ser visto na Fig. 1, depende significativamente de temperatura ambiente (aumenta com o aumento da temperatura).

Arroz. 1. Característica corrente-tensão do diodo.

Características do diodo:

Além da corrente-tensão considerada, as principais características do diodo incluem:

Corrente direta máxima EU ETC. ;

Resistência à temperatura t 0 máx. ;

Tensão reversa máxima você CP .

Resistência CC R 0 = você ETC. / EU ETC. ;

Resistência CA R eu = Δ você ETC. / Δ EU ETC. ;

Inclinação da característica corrente-tensão S = Δ EU ETC. / Δ você ETC. ;

Perda de energia no ânodo P A = você ETC. EU ETC. ;

Área de uso de diodos: retificação AC; estabilização de tensão; trabalhar em dispositivos fotovoltaicos; trabalhar em circuitos de microondas, etc.

Transistores

Transistores – dispositivos semicondutores com dois r-p transições permitindo melhorar sinal elétrico e geralmente possui três terminais. Dividido em dois grupos - bipolar e unipolar(campo). Circuitos básicos para conectar um transistor bipolar - com base comum, com emissor comum e com coletor comum. O tipo de circuito de comutação determina por qual parâmetro o transistor amplifica o sinal (tensão, corrente, etc.).

Transistor bipolaré um dispositivo semicondutor com estrutura de três camadas com tipos alternados de condutividade e dois r-p transições, permitindo amplificação de sinais elétricos e possuindo três saídas. Distinguir direto (pnp) e reverso (npn) transistores, cuja diferença é polaridade conectar fontes de alimentação.

Os componentes de um transistor correspondem às suas camadas e são nomeados: emissor– emissor de carga, base– base e colecionador– coletor de carga. As camadas têm

condutividade diferente: extrema (emissor e coletor) - buracop, e a base localizada entre eles é eletrônicon(Figura 2).

Coletor Base Emissor

EUuh EUPara

EntradaSaída

Arroz. 2. Bipolar p- n- p transistor conectado de acordo com um circuito de base comum

Consideremos o princípio de funcionamento de um transistor. Como pode ser visto na Fig. 2, o transistor possui duas junções: p- n E n- p. Primeira transição ( p- n) incluído em direto direção, ou seja, menos k n-áreas, e mais para R– áreas - para o emissor. Portanto, a corrente contínua fluirá através desta junção. Segunda transição ( n- p) incluído em reverter direção, ou seja, mais para base ( n- área) e menos para R– áreas - para o coletor. Se você abrir o circuito emissor (entrada), esta junção, localizada abaixo revertervocê K quando ligado, estará praticamente fechado.

Se você fechar o circuito emissor (aplicar um sinal de entrada), através do primeiro (aberto) p- n junção, fluirá uma corrente contínua, formada pela injeção de furos na base. Como a espessura da base é pequena, os semicondutores dos quais o emissor e a base são feitos são selecionados com diferentes concentrações dos portadores principais, ou seja, a concentração de buracos no emissor é significativamente maior do que a concentração de elétrons na base, haverá tantos buracos na base que apenas uma pequena parte deles encontrará na base os elétrons necessários para a recombinação. Portanto, os buracos que chegam e que não se recombinaram com os elétrons começam a se mover para as regiões da base adjacentes ao coletor. Buracos positivos aproximando-se da junção do coletor, experimentando a ação de um forte campo de aceleração de uma poderosa bateria coletora você K, passam para o coletor e se recombinam com os elétrons que entram no coletor vindos do pólo negativo da bateria. Como resultado, a corrente do coletor começará a fluir através da junção do coletor EU K, apesar do fato de que a tensão reversa é aplicada à junção. Esta corrente de coletor será de 90 a 95% da corrente de emissor (devido ao pequeno número de orifícios recombináveis restantes na base). Mas o mais importante é que a magnitude da corrente do coletor dependerá da magnitude da corrente do emissor e mudará proporcionalmente à sua mudança. Na verdade, quanto maior for a corrente que passa pela junção do emissor, ou seja, quanto mais furos o emissor injeta na base, maior será a corrente do coletor, que depende do número desses furos. Isso leva a uma conclusão praticamente importante:

Ao controlar a corrente do emissor do transistor, você pode controlar a corrente do coletor e, neste caso, ocorre um efeito de amplificação.

Essa propriedade determinou a área de utilização dos transistores em circuitos amplificadores. Assim, por exemplo, o circuito considerado para conectar um transistor com base comum dará tensão e ganho de potência sinal de entrada, uma vez que a resistência da carga de saída Rn com seleção apropriada de tensão da bateria vocêPara pode ser significativamente maior que a resistência na entrada do amplificador, ou seja, R H >> R VX, e a entrada (emissor EU E) e saída (coletor EU PARA) as correntes são aproximadamente iguais. Daí a tensão e a potência fornecidas à entrada você VX = EU VX * R VX ; Pentrada= EU 2 entrada * Rentrada menos que os valores correspondentes de tensão e potência na saída, ou seja, na carga você = EU PARA * R N ; Pn = EU K 2 * RN. Não há ganho de corrente neste caso (já que EU E ~ = EU PARA).

Mais frequentemente, porém, outro circuito de conexão de transistor é usado - circuito emissor comum, em que, além da amplificação de potência, também há amplificação atual. Diagrama de conexão com coletor comum usado ao operar em uma carga de baixa resistência ou a partir de um sensor de alta resistência. O ganho de tal circuito em termos de corrente e potência é de várias dezenas de unidades e em termos de tensão - cerca de uma.

Para entender corretamente o princípio de funcionamento dos circuitos transistorizados, é necessário ter um bom entendimento das características de funcionamento de um transistor como amplificador, que são as seguintes: ao contrário de um tubo de vácuo, o transistor possui baixa resistência de entrada em a maioria dos circuitos de comutação, como resultado dos quais se acredita que o transistor é controlado pela corrente de entrada, e não pela corrente de entrada. a baixa resistência de entrada dos amplificadores transistorizados leva a um consumo perceptível de potência (corrente) da fonte de oscilações amplificadas, portanto, nesses amplificadores, o principal valor não é o ganho de tensão, mas sim o ganho de corrente ou potência; o ganho de potência k é determinado pela razão entre a potência alocada na saída do amplificador na carga útil e a potência gasta na impedância de entrada do amplificador; Os parâmetros e características do transistor são altamente dependentes da temperatura e do modo selecionado, o que é uma desvantagem.

Características do transistor:

Características de entrada, saída e transitórias, fig. 3,

Arroz. 3. Características do transistor: a – entrada, b – saída, c – transição

Ganho (transmissão) em termos gerais, tensão, corrente, potência

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

Impedância de entrada CA do transistor

R = ΔU ВХ / ΔI ВХ.

Perda de energia do coletor

P K = U K * I K .

Vantagens dos transistores: dimensões pequenas, alta sensibilidade, livre de inércia; durabilidade; imperfeições: influência significativa de fatores externos (temperatura, campos e/m, radiação radioativa, etc.).

Área de uso transistores: Comunicações com fio e rádio; TELEVISÃO; radar; radionavegação; automação e telemecânica; Engenharia Informática; tecnologia de medição; circuitos amplificadores; chips de memória para dispositivos digitais, etc.

Preparado

Aluno da turma 10 "A"

Escola nº 610

Ivchin Alexei

Resumo sobre o tema:

“Diodos e transistores semicondutores, suas áreas de aplicação”

1. Semicondutores: teoria e propriedades
2. Dispositivos semicondutores básicos (Estrutura e aplicação)
3. Tipos de dispositivos semicondutores
4. Produção
5. Âmbito de aplicação

1. Semicondutores: teoria e propriedades

Primeiro você precisa se familiarizar com o mecanismo de condução em semicondutores. E para fazer isso, você precisa entender a natureza das ligações que mantêm os átomos de um cristal semicondutor próximos uns dos outros. Por exemplo, considere um cristal de silício.

O silício é um elemento tetravalente. Isto significa que no exterior

A camada de um átomo possui quatro elétrons que estão relativamente fracamente ligados ao núcleo. O número de vizinhos mais próximos de cada átomo de silício também é quatro. A interação de um par de átomos vizinhos é realizada por meio de uma ligação polieletrônica, chamada ligação covalente. Na formação dessa ligação participa um elétron de valência de cada átomo, que se separa dos átomos (coletivizados pelo cristal) e durante seu movimento passam a maior parte do tempo no espaço entre os átomos vizinhos. Sua carga negativa mantém os íons positivos de silício próximos uns dos outros. Cada átomo forma quatro ligações com seus vizinhos, e qualquer elétron de valência pode se mover ao longo de uma delas. Tendo alcançado um átomo vizinho, ele pode passar para o próximo e depois ao longo de todo o cristal.
Os elétrons de valência pertencem a todo o cristal. As ligações par-elétrons do silício são bastante fortes e não se rompem em baixas temperaturas. Portanto, o silício em baixas temperaturas não conduz corrente elétrica. Os elétrons de valência envolvidos na ligação dos átomos estão firmemente ligados à rede cristalina, e o campo elétrico externo não tem um efeito perceptível em seu movimento.

Condutividade eletrônica.
Quando o silício é aquecido, a energia cinética das partículas aumenta e as ligações individuais se quebram. Alguns elétrons deixam suas órbitas e ficam livres, como os elétrons de um metal. Num campo elétrico, eles se movem entre os nós da rede, formando uma corrente elétrica.
A condutividade dos semicondutores devido à presença de elétrons livres nos metais é chamada de condutividade eletrônica. À medida que a temperatura aumenta, o número de ligações quebradas e, portanto, de elétrons livres, aumenta. Quando aquecido de 300 a 700 K, o número de portadores de carga gratuitos aumenta de 10,17 para 10,24 1/m.3. Isso leva a uma diminuição na resistência.

Condutividade do furo.

Quando uma ligação é quebrada, forma-se um sítio vago com um elétron ausente.
Chama-se buraco. O buraco tem um excesso de carga positiva em comparação com outras ligações normais. A posição do buraco no cristal não é constante. O seguinte processo ocorre continuamente. Um dos elétrons que garante a conexão dos átomos salta para o lugar dos buracos formados e restaura aqui a ligação par-elétron. e de onde esse elétron saltou, um novo buraco é formado. Assim, o buraco pode se mover por todo o cristal.
Se a intensidade do campo elétrico na amostra for zero, então o movimento dos furos, equivalente ao movimento das cargas positivas, ocorre aleatoriamente e, portanto, não cria corrente elétrica. Na presença de um campo elétrico, ocorre um movimento ordenado dos buracos e, assim, a corrente elétrica associada ao movimento dos buracos é adicionada à corrente elétrica dos elétrons livres. A direção do movimento dos buracos é oposta à direção do movimento dos elétrons.
Portanto, nos semicondutores existem dois tipos de portadores de carga: elétrons e lacunas. Portanto, os semicondutores não têm apenas condutividade eletrônica, mas também condutividade de furo. A condutividade nessas condições é chamada de condutividade intrínseca dos semicondutores. A condutividade intrínseca dos semicondutores é geralmente baixa, uma vez que o número de elétrons livres é pequeno, por exemplo, no germânio à temperatura ambiente ne = 3 por 10 em 23 cm em –3. Ao mesmo tempo, o número de átomos de germânio em 1 cm cúbico é de cerca de 10 em 23. Assim, o número de elétrons livres é aproximadamente um décimo bilionésimo do número total de átomos.

Uma característica essencial dos semicondutores é que na presença de impurezas, junto com sua própria condutividade, aparece uma condutividade adicional - a condutividade das impurezas. Ao alterar a concentração de impurezas, você pode alterar significativamente o número de portadores de carga de um determinado sinal. Graças a isso, é possível criar semicondutores com concentração predominante de portadores carregados negativamente ou positivamente. Esta característica dos semicondutores abre amplas possibilidades para aplicações práticas.

Impurezas doadoras.
Acontece que na presença de impurezas, por exemplo átomos de arsênico, mesmo em concentrações muito baixas, o número de elétrons livres aumenta muitas vezes. Isso acontece pelo seguinte motivo. Os átomos de arsênico têm cinco elétrons de valência, quatro dos quais estão envolvidos na criação de uma ligação covalente entre este átomo e os átomos circundantes, por exemplo, com átomos de silício. O quinto elétron de valência parece estar fracamente ligado ao átomo. Ele sai facilmente do átomo de arsênico e fica livre. A concentração de elétrons livres aumenta significativamente e torna-se mil vezes maior que a concentração de elétrons livres em um semicondutor puro. As impurezas que doam elétrons facilmente são chamadas de impurezas doadoras, e esses semicondutores são semicondutores do tipo n. Em um semicondutor do tipo n, os elétrons são os portadores de carga majoritários e as lacunas são os portadores de carga minoritários.

Impurezas aceitadoras.
Se o índio, cujos átomos são trivalentes, for usado como impureza, a natureza da condutividade do semicondutor muda. Agora, para formar ligações pares-eletrônicas normais com seus vizinhos, o átomo de índio carece de um elétron. Como resultado, um buraco é formado. O número de buracos no cristal é igual ao número de átomos de impureza. Impurezas deste tipo são chamadas de impurezas aceitadoras. Na presença de um campo elétrico, os buracos se movem ao redor do campo e ocorre a condução dos buracos. Semicondutores com predominância de condutividade de buraco sobre condutividade de elétrons são chamados de semicondutores do tipo p (da palavra positiv - positivo).

2. Dispositivos semicondutores básicos (Estrutura e aplicação)
Existem dois dispositivos semicondutores básicos: o diodo e o transistor.

Diodo.
Hoje em dia, os diodos são cada vez mais utilizados em semicondutores para retificar a corrente elétrica em circuitos de rádio, juntamente com lâmpadas de dois eletrodos, por apresentarem uma série de vantagens. Em um tubo de vácuo, os elétrons portadores de carga são criados pelo aquecimento do cátodo. Em uma junção p-n, os portadores de carga são formados quando uma impureza aceitadora ou doadora é introduzida no cristal. Assim, não há necessidade de uma fonte de energia para obter portadores de carga. Em circuitos complexos, as poupanças de energia daí resultantes revelam-se muito significativas. Além disso, os retificadores semicondutores com os mesmos valores de corrente retificada são mais diminutos que os retificadores de tubo.

A característica corrente-tensão para conexões diretas e reversas é mostrada na Figura 2.

Eles substituíram lâmpadas e são amplamente utilizados em tecnologia, principalmente para retificadores; os diodos também encontraram aplicação em vários dispositivos.

Transistor.
Vamos considerar um tipo de transistor feito de germânio ou silício com impurezas doadoras e aceitadoras introduzidas nele. A distribuição de impurezas é tal que uma camada muito fina (da ordem de vários micrômetros) de semicondutor tipo n é criada entre duas camadas de semicondutor tipo p. 3.
Esta fina camada é chamada de base ou base.Duas junções p-n são formadas no cristal, cujas direções diretas são opostas. Três terminais de áreas com diferentes tipos de condutividade permitem incluir um transistor no circuito mostrado na Figura 3. Com esta conexão, a junção p-n esquerda é direta e separa a base da área com condutividade tipo p, chamada de emissor. Se não houvesse p –n certo
-transição, no circuito emissor-base haveria uma corrente dependendo da tensão das fontes (bateria B1 e fonte de tensão alternada) e da resistência do circuito, incluindo a baixa resistência da junção direta emissor-base. A bateria B2 está conectada de forma que a junção pn direita no circuito (ver Fig. 3) esteja invertida. Ele separa a base da região direita do tipo p chamada coletor. Se não houvesse junção pn esquerda, a intensidade da corrente no circuito coletor seria próxima de zero. Já a resistência da junção reversa é muito alta. Quando existe uma corrente na junção p-n esquerda, uma corrente aparece no circuito coletor, e a intensidade da corrente no coletor é apenas ligeiramente menor que a intensidade da corrente no emissor. Quando uma tensão é criada entre o emissor e a base, o principais portadores do semicondutor tipo p - os buracos penetram na base, GDR eles já são os principais portadores. Como a espessura da base é muito pequena e o número de portadores principais (elétrons) nela é pequeno, os buracos que entram nela quase não se combinam (não se recombinam) com os elétrons da base e penetram no coletor devido à difusão. A junção pn direita está fechada para os principais portadores de carga da base - elétrons, mas não para buracos. No coletor, os buracos são levados pelo campo elétrico e completam o circuito.
A intensidade da corrente que se ramifica no circuito emissor a partir da base é muito pequena, uma vez que a área da seção transversal da base no plano horizontal (ver Fig. 3) é muito menor do que a seção transversal no plano vertical . A intensidade da corrente no coletor, quase igual à intensidade da corrente no emissor, muda junto com a corrente no emissor.
A resistência do resistor R tem pouco efeito sobre a corrente no coletor, e essa resistência pode ser bastante grande. Ao controlar a corrente do emissor usando uma fonte de tensão alternada conectada ao seu circuito, obtemos uma mudança síncrona na tensão através do resistor. Se a resistência do resistor for grande, a mudança na tensão através dele pode ser dezenas de milhares de vezes maior que a mudança no sinal no circuito emissor, o que significa um aumento na tensão. Portanto, utilizando uma carga R, é possível obter sinais elétricos cuja potência é muitas vezes maior que a potência que entra no circuito emissor, substituem os tubos de vácuo e são amplamente utilizados na tecnologia.

3. Tipos de dispositivos semicondutores.
Além dos diodos planares (Fig. 8) e dos transistores, também existem diodos pontuais (Fig. 4). Os transistores pontuais (estrutura veja na figura) são moldados antes do uso, ou seja, passe uma corrente de certa magnitude, como resultado da formação de uma área com condutividade de furo sob a ponta do fio. Os transistores vêm nos tipos p-n-p e n-p-n. Designação e visão geral na Figura 5.
Existem foto-termistores e varistores, conforme mostrado na figura. Os diodos planares incluem retificadores de selênio.A base de tal diodo é uma arruela de aço revestida em um dos lados com uma camada de selênio, que é um semicondutor com condutividade de furo (ver Fig. 7). A superfície do selênio é revestida com uma liga de cádmio, resultando na formação de um filme com condutividade eletrônica, com o qual se forma uma transição de corrente retificadora. Quanto maior a área, maior será a corrente retificadora.

4. Produção
A tecnologia de fabricação de diodos é a seguinte. Um pedaço de índio é derretido na superfície de uma placa quadrada com área de 2 a 4 cm2 e espessura de várias frações de milímetro, cortada de um cristal semicondutor com condutividade eletrônica. O índio está firmemente ligado à placa. Neste caso, os átomos de índio penetram
(difuso) na espessura da placa, formando nela uma região com predominância de condutividade de furo, Fig. 6. Isso resulta em um dispositivo semicondutor com duas regiões de diferentes tipos de condutividade, e uma junção p-n entre elas. Quanto mais fino for o wafer semicondutor. quanto menor a resistência do diodo na direção direta, maior será a corrente corrigida pelo diodo. Os contatos do diodo são uma gota de índio e um disco ou haste de metal com condutores de chumbo.
Após a montagem do transistor, ele é montado na carcaça e a conexão elétrica é feita. leva às placas de contato do cristal e ao chumbo da embalagem e sela a embalagem.

5. Âmbito de aplicação

Os diodos são altamente confiáveis, mas seu limite de uso é de –70 a 125 C. Porque um diodo pontual tem uma área de contato muito pequena, portanto as correntes que esses diodos podem fornecer não são superiores a 10-15 mA. E são usados principalmente para modular oscilações de alta frequência e para instrumentos de medição. Para qualquer diodo, existem certos limites máximos permitidos de corrente direta e reversa, dependendo da tensão direta e reversa e da determinação de suas propriedades de retificação e resistência.

Os transistores, assim como os diodos, são sensíveis à temperatura, à sobrecarga e à radiação penetrante. Os transistores, ao contrário dos tubos de rádio, queimam devido à conexão inadequada.

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Figura 2

Imagem 1

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 4

DIODOS SEMICONDUTORES

Diodos semicondutores são dispositivos semicondutores com uma junção elétrica e dois terminais. Eles são usados para retificar corrente alternada, detectar oscilações alternadas, converter oscilações de micro-ondas em oscilações de frequência intermediária, estabilizar tensão em circuitos de corrente contínua, etc. De acordo com sua finalidade, os diodos semicondutores são divididos em diodos retificadores, diodos de alta frequência, varicaps, zener diodos, etc

Diodos retificadores. Os diodos semicondutores retificadores são projetados para converter corrente alternada em corrente contínua.

A base dos diodos retificadores modernos é uma junção elétron-buraco (EDJ), que é obtida por fusão ou difusão. O material utilizado é germânio ou silício.

Para obter grandes valores de correntes retificadas em diodos retificadores, são utilizados EAFs de grande área, pois para operação normal do diodo a densidade de corrente através da junção não deve ultrapassar 1-2 A/mm 2.

Esses diodos são chamados de planares. O projeto de um diodo semicondutor planar de baixa potência é mostrado na Fig. 2.1, a. Para melhorar a dissipação de calor em diodos de tamanho médio E de alta potência, é soldado ao seu corpo um parafuso, com o qual os diodos são fixados a um radiador ou chassi especial (Fig. 2.1, b).

A principal característica de um diodo retificador é sua característica corrente-tensão (característica volt-ampère). O tipo de característica corrente-tensão depende do material semicondutor e da temperatura (Fig. 2.2, aeb).

Os principais parâmetros dos diodos semicondutores retificadores são:

tensão direta constante U np em uma determinada corrente direta;

a tensão reversa máxima permitida U o 6 p max na qual o diodo ainda pode operar normalmente por um longo tempo;

corrente reversa constante fluindo através do diodo em uma tensão reversa igual a U o 6 p max ;

corrente retificada média, que pode passar pelo diodo por um longo tempo a uma temperatura aceitável de seu aquecimento;

potência máxima permitida dissipada pelo diodo, no o que garante a confiabilidade especificada do diodo.

De acordo com o valor máximo permitido da corrente retificada média, os diodos são divididos em baixa potência (), média potência ( ) e alta potência (). Os diodos retificadores de alta potência são chamados de diodos de potência.

Os elementos retificadores de baixa potência, que são diodos semicondutores retificadores conectados em série, são chamados de colunas retificadoras. Também são produzidas unidades retificadoras nas quais os diodos retificadores são conectados de acordo com um determinado circuito (por exemplo, uma ponte).

Os diodos semicondutores retificadores são capazes de operar em frequências de 50...10 5 Hz (diodos de potência - em frequências de 50 Hz), ou seja, são de baixa frequência.

Diodos de alta frequência. Os diodos de alta frequência incluem diodos semicondutores capazes de operar em frequências de até 300 MHz. Diodos operando em frequências acima de 300 MHz são chamados de frequência ultra-alta (microondas).

À medida que a frequência aumenta, o desvio da resistência diferencial do EHP com polarização reversa pela capacitância de carga aumenta. Isso leva a uma diminuição na resistência reversa e a uma deterioração nas propriedades retificadoras do diodo. Como o valor da capacidade de carga é proporcional à área do EAF, para reduzi-la é necessário reduzir a área do EAF.

Os diodos de microliga têm uma pequena área de junção, mas... A desvantagem é o acúmulo de portadores de carga minoritários na base, que são injetados nela quando o diodo é ligado diretamente. Isto limita o desempenho (faixa de frequência) dos diodos de microliga.

Diodos pontuais capazes de operar na faixa de micro-ondas apresentam melhor desempenho e, portanto, frequências mais altas. Em seu projeto, uma mola de metal com diâmetro de cerca de 0,1 mm é pressionada com a ponta contra um cristal semicondutor. O material da mola é selecionado de modo que a função trabalho dos elétrons dela seja maior do que a do semicondutor. Nesse caso, forma-se uma camada de bloqueio na interface metal-semicondutor, chamada de barreira Schottky – em homenagem ao cientista alemão que estudou esse fenômeno. Os diodos cuja operação é baseada nas propriedades da barreira Schottky são chamados de diodos Schottky. Neles, a corrente elétrica é transportada pelos portadores de carga majoritários, pelo que não há fenômenos de injeção e acumulação de portadores de carga minoritários.

Diodos de alta frequência e micro-ondas são usados para retificar oscilações de alta frequência (retificador), detecção (detector), controle de nível de potência (comutação), multiplicação de frequência (multiplicação) e outras transformações não lineares de sinais elétricos.

Varicaps. Varicaps são diodos semicondutores cuja ação se baseia na dependência da capacitância da tensão reversa. Varicaps são usados como um elemento com capacitância controlada eletricamente.

A natureza da dependência é mostrada na Fig. 2.3, a. Essa dependência é chamada de característica capacitância-tensão de um varicap. Parâmetros principais

varicaps são:

capacitância nominal medida em uma determinada tensão reversa;

coeficiente de sobreposição de capacitância Kc, determinado pela razão das capacitâncias varicap em dois valores de tensão reversa;

tensão reversa máxima permitida;

fator de qualidade Q B definido como a razão entre a reatância varicap e a resistência à perda.

Diodos zener semicondutores. Um diodo zener semicondutor é um diodo semicondutor cuja tensão é mantida com certa precisão quando a corrente que passa por ele muda em uma determinada faixa. Ele foi projetado para estabilizar a tensão em circuitos DC.

A característica corrente-tensão do diodo zener é mostrada na Fig. 2.4, a, e o símbolo está na Fig. 2.4, b.

Se um EDP for criado em ambos os lados de um wafer de silício, você obterá um diodo zener com uma característica simétrica de corrente-tensão - um diodo zener simétrico (Fig. 2.4, c).

A seção de trabalho do diodo zener é a seção de ruptura elétrica. Quando a corrente que flui através do diodo zener muda de valor para valor. a tensão através dele difere pouco do valor.O uso de diodos zener é baseado nesta propriedade.

O princípio de operação de um estabilizador de tensão em um diodo zener de silício (Fig. 2.4, d) é que quando a tensão U VX muda, a corrente que flui através do diodo zener muda e a tensão no diodo zener e na carga R conectada paralelamente a isso praticamente não muda.

Os principais parâmetros dos diodos zener de silício são:

tensão de estabilização U st;

correntes de estabilização mínima e máxima;

dissipação de potência máxima permitida

resistência diferencial na seção de estabilização ;

coeficiente de temperatura de tensão na seção de estabilização

Nos diodos zener modernos, a tensão de estabilização varia de 1 a 1000 V com correntes de estabilização de 1 mA a 2 A. Para estabilizar tensões inferiores a 1 V, é usado o ramo direto da característica IV de um diodo de silício, denominado estabistor. . Para diodos zener B. Ao conectar diodos zener (ou estabistores) em série, você pode obter qualquer tensão de estabilização necessária.

A resistência diferencial na seção de estabilização é aproximadamente constante e para a maioria dos diodos zener é de 0,5...200 Ohm. O coeficiente de temperatura da tensão pode ser positivo (para diodos zener com ) e negativo (para diodos zener com U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

TRANSISTORES BIPOLARES

Um transistor bipolar (BT) ou simplesmente um transistor é um dispositivo semicondutor com dois EDPs interagentes e três ou mais terminais, cujas propriedades amplificadoras são determinadas pelos fenômenos de injeção e extração de portadores de carga minoritários.

As junções elétron-buraco são formadas entre três regiões de um semicondutor com diferentes tipos de condutividade elétrica. De acordo com a ordem de alternância das regiões p e n, os BTs são divididos em transistores do tipo p-p-p e transistores do tipo p-p-p (Fig. 2.5).

A região intermediária do transistor é chamada de base, uma região extrema é o emissor (E) e a outra é o coletor (K). Normalmente a concentração de impurezas no emissor é maior que no coletor. Em um BT tipo p-p-p, a base possui condutividade elétrica do tipo p, e o emissor e o coletor são do tipo n.

O EDP formado entre o emissor e a base é denominado emissor, e entre a base e o coletor - coletor.

Modos de operação do transistor. Dependendo do método de conexão do emissor e coletor EDP às fontes de energia, o transistor bipolar pode operar em um dos quatro modos: corte, saturação, ativo e inverso.

Os EAFs emissor e coletor no modo de corte (Fig. 2.6, a) são deslocados na direção reversa, e no modo de saturação (Fig. 2.6, 6) - na direção direta. A corrente do coletor nestes modos é praticamente independente da tensão e corrente do emissor.

Os modos de corte e saturação são usados ao operar BT em dispositivos pulsados e principais.

Quando o transistor opera no modo ativo, sua junção emissor é deslocada na direção direta e a junção coletor na direção oposta (Fig. 2.6, c).

Sob a influência da tensão contínua 11e, uma corrente flui no circuito emissor, criando correntes de coletor e de base, então

A corrente do coletor contém dois componentes: controlado, proporcional à corrente do emissor, e não controlado, criado pela deriva de portadoras minoritárias através da junção do coletor com polarização reversa. O fator de proporcionalidade é chamado de coeficiente de transferência estática da corrente do emissor. Para a maioria dos BTs modernos e mais.

A corrente de base inclui um componente de recombinação, causado pela entrada de elétrons na base para compensar a carga positiva dos buracos que se recombinam na base, e um componente não controlado da corrente de coletor, de modo que

Ao utilizar um BT como elemento amplificador, um dos terminais deve ser comum aos circuitos de entrada e saída. No diagrama mostrado na Fig. 2.6, c, o eletrodo comum é a base. Esse circuito de conexão BT é chamado de circuito de base comum (CB) e geralmente é representado como mostrado na Fig. 2.7, a. Além do circuito OB, também são utilizados na prática circuitos com emissor comum (CE) e coletor comum (CC).

No circuito OE (Fig. 2.7, b), a relação entre as correntes de saída e entrada é determinada pela equação

O coeficiente é chamado de coeficiente de transferência de corrente de base estática. Está relacionado com a proporção

No os valores estão na faixa 19...99.

O componente representa a corrente reversa (não controlada) do coletor no circuito OE. Esta corrente está conectada à corrente reversa no circuito

Sobre a proporção

Da relação (2.4) segue-se que a corrente reversa do coletor no circuito OE é muito maior do que no circuito OB. Isto significa que uma mudança na temperatura no circuito OE tem um efeito maior na mudança nas correntes (e, portanto, nas mudanças nas características e parâmetros estáticos) do que no circuito OB. Esta é uma das desvantagens de incluir a BT no regime de OE.

Quando você liga o BT de acordo com o esquema OK. (Fig. 2.7, c) a conexão entre as correntes de saída e entrada é determinada pela relação

Da comparação das expressões (2.2) e (2.5), segue-se que as dependências entre as correntes de entrada e saída do BT nos circuitos OE e OK são aproximadamente as mesmas. Isso permite que você use as mesmas características e parâmetros para calcular os circuitos OE e OK.

O modo inverso difere do modo ativo pela polaridade oposta das tensões aplicadas ao emissor e coletor do EAF.

Características estáticas. As características estáticas expressam relações complexas entre correntes e tensões

os eletrodos do transistor e dependem do método de sua conexão.

Na Fig. 2.8, a mostra uma família de características de entrada de um BT do tipo n - p - n, conectado de acordo com o circuito OE, que expressa a dependência em . Quando a característica de entrada é

ramo direto da característica corrente-tensão do emissor EDP. Quando a tensão do coletor é positiva, a característica de entrada se desloca para a direita.

As características de saída (Fig. 2.8, b) refletem a dependência em . A parte íngreme das características corresponde ao modo de saturação e a parte plana corresponde ao modo ativo. A relação entre as correntes de coletor e de base em uma seção plana é determinada pela expressão (2.2).

Parâmetros de pequeno sinal do modo estático. Quando um transistor opera em modo de amplificação, suas propriedades são determinadas por parâmetros de pequenos sinais, para os quais o transistor pode ser considerado um elemento linear. Na prática, os parâmetros h ou híbridos de pequenos sinais são mais amplamente utilizados. Correntes e tensões em pequenas amplitudes de componentes variáveis no sistema de parâmetros h estão relacionadas pelas seguintes relações:

- resistência de entrada;

- coeficiente de realimentação de tensão

- coeficiente de transferência de corrente contínua;

- condutividade de saída.

Os parâmetros e são medidos no modo de curto-circuito do circuito de saída e os parâmetros e são medidos no modo inativo do circuito de entrada. Esses modos são fáceis de implementar. Os valores dos parâmetros h dependem do método de ligação do transistor e em baixas frequências podem ser determinados a partir de características estáticas. Neste caso, as amplitudes de pequenas correntes e tensões são substituídas por incrementos. Assim, por exemplo, quando um transistor é ligado de acordo com um circuito com OE, as fórmulas para os parâmetros e , determinadas a partir das características de entrada no ponto A (Fig. 2.8, a), são escritas na forma:

Os parâmetros e são determinados pelas características de saída (Fig. 2.8, b) usando as fórmulas:

Os parâmetros - são determinados de forma semelhante quando o transistor é ligado de acordo com o circuito com OB.

Os parâmetros de pequenos sinais são chamados de coeficientes de transferência da corrente do emissor e da corrente de base. Eles caracterizam as propriedades de amplificação do transistor em termos de corrente para sinais alternados, e seus valores dependem do modo de operação do transistor e da frequência dos sinais amplificados. Assim, com o aumento da frequência, o módulo do coeficiente de transferência de corrente de base diminui

A frequência na qual diminui por um fator de seu valor em baixa frequência é chamada de frequência limite de transmissão da corrente de base e é designada . A frequência na qual diminui para 1 é chamada de frequência de corte BT e é designada . Com base no valor da frequência de corte, os transistores são divididos em baixa frequência, média frequência, alta frequência e ultra-alta frequência.

TIRISTORES

Um tiristor é um dispositivo semicondutor com dois estados estáveis, que possui três ou mais transições e pode passar de um estado fechado para um estado aberto e vice-versa.

Os tiristores com dois terminais são chamados de diodos ou dinistores, e aqueles com três terminais são chamados de triodos ou tiristores.

Dinistores. A estrutura dinistor consiste em quatro regiões semicondutoras com tipos alternados de condutividade elétrica , entre os quais se formam três EDPs. Os EDPs extremos são emissores e o do meio é coletor. A região é chamada de emissor ou ânodo, a região é chamada de cátodo.

Conectar o ânodo do dinistor ao pólo positivo de uma fonte externa e o cátodo ao negativo corresponde à conexão direta do dinistor. Quando a polaridade da tensão da fonte é invertida, ocorre a comutação reversa.

Quando conectado diretamente, o dinistor pode ser representado como uma combinação de dois transistores p - n - p e n - p - n (Fig. 2.9, a) com coeficientes de transferência de corrente de emissor e .

A corrente que flui através do dinistor contém o componente de injeção de furo do transistor, o componente de injeção eletrônica do transistor e a corrente reversa da junção do coletor, ou seja,

Por enquanto, o dinistor está fechado. No processos se desenvolvem no dinistor, levando a um aumento semelhante a uma avalanche nos componentes da corrente de injeção e mudando a junção do coletor na direção direta. Neste caso, a resistência do dinistor diminui drasticamente e a queda de tensão nele não excede 1-2 V. O restante da tensão da fonte cai no resistor limitador (Fig. 2.9, b).

Quando o dinistor é ligado novamente, uma pequena corrente reversa flui através dele.

SCR. Um tiristor difere de um dinistor pela presença de uma saída de controle adicional da área de base (Fig. 2.10, a). A conclusão pode ser feita a partir de qualquer base. Uma fonte conectada a este pino cria

corrente de controle, que se soma à corrente principal. Como resultado, o tiristor muda de um estado fechado para um estado aberto com um valor inferior de U a (Fig. 2.10, b).

Em estruturas de cinco camadas realizando adequadamente as regiões extremas, você pode obter uma característica simétrica corrente-tensão (Fig. 2.10, c). Esse tiristor é chamado de simétrico. Pode ser diodo (diac) ou triodo (triac).

O tiristor é desligado reduzindo (ou interrompendo) a corrente anódica ou alterando a polaridade da tensão anódica.

Os tiristores considerados são chamados de não traváveis. Existem também tiristores de desligamento, que podem ser alterados de aberto para fechado alterando a corrente do eletrodo de controle. Eles diferem dos não bloqueáveis no design.

Parâmetros do tiristor. Os principais parâmetros dos tiristores são:

tensão de ligação;

corrente de controle de desbloqueio;

corrente de desligamento;

tensão residual U np ;

tempo de ligação t;

tempo de desligamento;

tempo de atraso t3;

taxas máximas de aumento da tensão direta (du/dt) máx e corrente direta (di/dl) máx.

Os tiristores são amplamente utilizados em retificadores controlados, conversores DC-AC (inversores), estabilizadores de tensão,

como interruptores sem contato, em acionamentos elétricos, dispositivos de automação, telemecânica, tecnologia de informática, etc.

Os símbolos dos tiristores são mostrados na Fig. 2.11.

TRANSISTORES DE CAMPO

Um transistor de efeito de campo (FET) é um dispositivo semicondutor cujas propriedades amplificadoras são determinadas pelo fluxo de portadores de carga principais do mesmo sinal fluindo através de um canal condutor e que é controlado por um campo elétrico.

O eletrodo de controle, isolado do canal, é chamado de portão. Com base no método de isolamento da porta, os transistores de efeito de campo são divididos em três tipos:

1) com junção p-n de controle ou com porta p-t;

2) com porta semicondutora metálica ou com porta Schottky;

3) com veneziana isolada.

Transistores de efeito de campo com p-n - obturador Em um transistor de efeito de campo com porta p-n (Fig. 2.12), o canal do tipo n é isolado do substrato e a porta p-n

movimentos que, devido ao cumprimento da condição, se formam principalmente no canal. Quando a espessura do canal é maior e sua resistência é mínima. Se uma tensão negativa for aplicada à porta em relação à fonte, as junções pn se expandirão, a espessura do canal diminuirá e sua resistência aumentará. Portanto, se uma fonte de tensão estiver conectada entre a fonte e o dreno, então a corrente Ic que flui através do canal pode ser controlada alterando a resistência do canal usando a tensão aplicada à porta. A operação de um PT com porta p-n é baseada neste princípio.

As principais características estáticas de um TP com porta p-n são as características de transferência (porta de drenagem) e saída (dreno) (Fig. 2.13).

A tensão de porta na qual o canal é completamente bloqueado e a corrente de dreno é reduzida a décimos de microampere é chamada de tensão de corte e é designada como tensão de corte.

A corrente de dreno em U 3I = 0 é chamada de corrente de dreno inicial.

As características de saída contêm regiões íngremes, ou ôhmicas, e planas. A região plana também é chamada de região de saturação ou região de sobreposição de canal.

A corrente de dreno que flui através do canal cria uma queda de tensão em sua resistência distribuída, o que aumenta as tensões reversas da porta do canal e do substrato do canal, o que leva a uma diminuição na espessura do canal. As tensões reversas atingem seu maior valor na fronteira com o dreno, e nesta área o estreitamento do canal é máximo (Fig. 2.12). Em um determinado valor de tensão, ambas as junções pn fecham na região do dreno e o canal se sobrepõe. Esta tensão de dreno é chamada de tensão de flashover ou tensão de saturação (). Quando uma tensão reversa é aplicada à porta, ocorre um estreitamento adicional do canal e seu bloqueio ocorre em um valor de tensão mais baixo.

Transistores de efeito de campo com porta Schottky. EM PT com uma porta Schottky, a resistência do canal é controlada alterando, sob a ação da tensão da porta, a espessura da junção retificadora formada na interface entre o metal e o semicondutor. Comparada a uma junção p-n, uma junção retificadora de metal-semicondutor permite reduzir significativamente o comprimento do canal: até 0,5...1 µm. Ao mesmo tempo, as dimensões de toda a estrutura do FET são significativamente reduzidas, fazendo com que os FETs com barreira Schottky sejam capazes de operar em frequências mais altas - até 50...80 GHz.

Transistores de efeito de campo com porta isolada. Esses transistores têm uma estrutura metal-dielétrica-semicondutora e são brevemente chamados de transistores MOS. Se o óxido de silício for usado como dielétrico, eles também serão chamados de transistores MOS.

Existem dois tipos de transistores MOS: com canais induzidos e com canais integrados.

Em transistores MOS com um canal tipo p induzido (Fig. 2.14), as regiões de dreno e fonte do tipo p formam duas regiões de contracorrente com a região n do substrato

Os EAFs estão ligados e quando uma fonte de qualquer polaridade estiver conectada a eles, não haverá corrente no circuito. Se uma tensão negativa for aplicada à porta em relação à fonte e ao substrato, então com um valor suficiente desta tensão na camada próxima à superfície do semicondutor localizado sob a porta, ocorrerá uma inversão do tipo de condutividade elétrica e o As regiões p do dreno e da fonte serão conectadas por um canal tipo p. Esta tensão de porta é chamada de tensão limite e é designada . À medida que a tensão negativa da porta aumenta, a profundidade de penetração da camada de inversão no semicondutor aumenta, o que corresponde a um aumento na espessura do canal e a uma diminuição na sua resistência.

As características de transferência e saída de um transistor MOS com canal tipo p induzido são apresentadas na Fig. 2.15. A queda de tensão através da resistência do canal reduz a tensão entre a porta

e canal e espessura do canal. O maior estreitamento do canal será no dreno, onde a tensão é menor .

Nos transistores MOS com canal embutido entre as regiões do dreno e da fonte, uma fina camada próxima à superfície (canal) com o mesmo tipo de condutividade elétrica do dreno e da fonte é criada já na fase de fabricação. Portanto, em tais transistores, a corrente de dreno, chamada de corrente inicial, flui a .

As características estáticas de saída e transferência de um transistor MOS com um canal tipo p integrado são mostradas na Fig. 2.16.

Parâmetros diferenciais de PT. Além dos parâmetros discutidos acima, as propriedades do PT são caracterizadas por parâmetros diferenciais: a inclinação da característica de transferência, ou inclinação do PT; resistência diferencial e ganho estático.

A inclinação do TP caracteriza as propriedades de amplificação do transistor e para transistores de baixa potência é geralmente de vários mA/V.

A resistência diferencial representa a resistência do canal DC à corrente alternada.

A inclinação do TP pode ser determinada pelas características estáticas de saída ou transferência (Fig. 2.16) com base na expressão

e a resistência diferencial - de acordo com as características de saída de acordo com a expressão

Ganho estático geralmente é calculado usando a fórmula.

Os símbolos gráficos convencionais de transistores de efeito de campo são mostrados na Fig. 2.17.

Os transistores de efeito de campo são utilizados em amplificadores com alta resistência de entrada, interruptores e dispositivos lógicos, bem como em atenuadores controlados como elemento cuja resistência muda sob a influência da tensão de controle.

Informação relacionada.

1. Semicondutores: teoria e propriedades

2. Dispositivos semicondutores básicos (Estrutura e aplicação)

3. Tipos de dispositivos semicondutores

4. Produção

5. Âmbito de aplicação

1. Semicondutores: teoria e propriedades

O silício é um elemento tetravalente. Isto significa que no exterior

a camada de um átomo tem quatro elétrons, relativamente fracamente ligados

com um núcleo. O número de vizinhos mais próximos de cada átomo de silício também é igual a

quatro. A interação de um par de átomos vizinhos é realizada usando

ligação paionoeletrônica chamada ligação covalente. Na educação

esta ligação de cada átomo envolve um elétron de valência, co-

que são separados dos átomos (coletivizados pelo cristal) e quando

em seu movimento, eles passam a maior parte do tempo no espaço entre

átomos vizinhos. Sua carga negativa mantém os íons positivos de silício próximos uns dos outros. Cada átomo forma quatro ligações com seus vizinhos,

e qualquer elétron de valência pode se mover ao longo de um deles. Tendo alcançado um átomo vizinho, ele pode passar para o próximo e depois ao longo de todo o cristal.

Os elétrons de valência pertencem a todo o cristal. As ligações par-elétrons do silício são bastante fortes e não se rompem em baixas temperaturas. Portanto, o silício em baixas temperaturas não conduz corrente elétrica. Os elétrons de valência envolvidos na ligação dos átomos estão firmemente ligados à rede cristalina, e o campo elétrico externo não tem um efeito perceptível em seu movimento.

Condutividade eletrônica.

Quando o silício é aquecido, a energia cinética das partículas aumenta, e

conexões individuais são quebradas. Alguns elétrons deixam suas órbitas e ficam livres, como os elétrons de um metal. Num campo elétrico, eles se movem entre os nós da rede, formando uma corrente elétrica.

A condutividade dos semicondutores devido à presença de metais livres

elétrons elétrons é chamado de condutividade eletrônica. À medida que a temperatura aumenta, o número de ligações quebradas e, portanto, de elétrons livres, aumenta. Quando aquecido de 300 a 700 K, o número de portadores de carga gratuitos aumenta de 10,17 para 10,24 1/m.3. Isso leva a uma diminuição na resistência.

Condutividade do furo.

Quando uma ligação é quebrada, forma-se um sítio vago com um elétron ausente.

Chama-se buraco. O buraco tem um excesso de carga positiva em comparação com outras ligações normais. A posição do buraco no cristal não é constante. O seguinte processo ocorre continuamente. Um

dos elétrons que garantem a conexão dos átomos, salta para o local de troca

buracos formados e restaura a ligação par-eletrônica aqui.

e de onde esse elétron saltou, um novo buraco é formado. Então

Assim, o buraco pode se mover por todo o cristal.

Se a intensidade do campo elétrico na amostra for zero, então o movimento dos furos, equivalente ao movimento das cargas positivas, ocorre aleatoriamente e, portanto, não cria corrente elétrica. Na presença de um campo elétrico, ocorre um movimento ordenado dos buracos e, assim, a corrente elétrica associada ao movimento dos buracos é adicionada à corrente elétrica dos elétrons livres. A direção do movimento dos buracos é oposta à direção do movimento dos elétrons.

Portanto, nos semicondutores existem dois tipos de portadores de carga: elétrons e lacunas. Portanto, os semicondutores não têm apenas condutividade eletrônica, mas também condutividade de furo. A condutividade nessas condições é chamada de condutividade intrínseca dos semicondutores. A condutividade intrínseca dos semicondutores é geralmente baixa, uma vez que o número de elétrons livres é pequeno, por exemplo, no germânio à temperatura ambiente ne = 3 por 10 em 23 cm em –3. Ao mesmo tempo, o número de átomos de germânio em 1 cm cúbico é de cerca de 10 em 23. Assim, o número de elétrons livres é aproximadamente um décimo bilionésimo do número total de átomos.

Uma característica essencial dos semicondutores é que eles

na presença de impurezas, juntamente com a condutividade intrínseca,

adicional - condutividade de impurezas. Mudando a concentração

impurezas, você pode alterar significativamente o número de portadores de carga

ou outro sinal. Graças a isso, é possível criar semicondutores com

concentração predominante é negativa ou positiva

portadores fortemente carregados. Esta característica dos semicondutores foi descoberta

oferece amplas oportunidades para aplicação prática.

Impurezas doadoras.

Acontece que na presença de impurezas, por exemplo átomos de arsênico, mesmo em concentrações muito baixas, o número de elétrons livres aumenta em

muitas vezes. Isso acontece pelo seguinte motivo. Os átomos de arsênico têm cinco elétrons de valência, quatro dos quais estão envolvidos na criação de uma ligação covalente entre este átomo e os átomos circundantes, por exemplo, com átomos de silício. O quinto elétron de valência parece estar fracamente ligado ao átomo. Ele sai facilmente do átomo de arsênico e fica livre. A concentração de elétrons livres aumenta significativamente e torna-se mil vezes maior que a concentração de elétrons livres em um semicondutor puro. As impurezas que doam elétrons facilmente são chamadas de impurezas doadoras, e esses semicondutores são semicondutores do tipo n. Em um semicondutor do tipo n, os elétrons são os portadores de carga majoritários e as lacunas são os portadores de carga minoritários.

Impurezas aceitadoras.

Se o índio, cujos átomos são trivalentes, for usado como impureza, a natureza da condutividade do semicondutor muda. Agora, para formar ligações pares-eletrônicas normais com seus vizinhos, o átomo de índio não

recebe um elétron. Como resultado, um buraco é formado. O número de buracos no cristal

talle é igual ao número de átomos de impureza. Esse tipo de impureza é

são chamados de aceitadores (recebedores). Na presença de um campo elétrico

os buracos se misturam no campo e ocorre a condução do buraco. Por-

semicondutores com predominância de condução de buracos sobre elétrons

Eles são chamados de semicondutores do tipo p (da palavra positiv - positivo).

2. Dispositivos semicondutores básicos (Estrutura e aplicação)

Existem dois dispositivos semicondutores básicos: o diodo e o transistor.

Hoje em dia, os diodos são cada vez mais utilizados em semicondutores para retificar a corrente elétrica em circuitos de rádio, juntamente com lâmpadas de dois eletrodos, por apresentarem uma série de vantagens. Em um tubo de vácuo, os elétrons portadores de carga são criados pelo aquecimento do cátodo. Em uma junção p-n, os portadores de carga são formados quando uma impureza aceitadora ou doadora é introduzida no cristal. Assim, não há necessidade de uma fonte de energia para obter portadores de carga. Em circuitos complexos, as poupanças de energia daí resultantes revelam-se muito significativas. Além disso, os retificadores semicondutores com os mesmos valores de corrente retificada são mais diminutos que os retificadores de tubo.

Olá a todos os leitores" Circuitos de rádio ", meu nome é Dima e hoje vou contar em palavras simples e suas propriedades, bem como sobre transistores e diodos. Então, vamos começar, primeiro, lembre-se de quais elementos eletrônicos você conheceu? E seu princípio de funcionamento? Se você Comecei imediatamente a estudar diodos e transistores, então você terá muitas dúvidas. Portanto, é melhor começar com a lei de Ohm e depois prosseguir para projetos mais simples. Transistores e diodos não são elementos muito simples que possuem a propriedade de um semicondutor.

Você sabe como funciona um condutor simples - nada complicado. Os elétrons passam pelo átomo em alta velocidade, colidindo com eles. Nesse caso surge a resistência; você já encontrou essa palavra, claro que encontrou. O melhor amigo da resistência é chamado de resistor. Um resistor é um elemento passivo que possui maior resistência do que um condutor normal. Ok, vamos em frente, precisamos descobrir o que é um semicondutor? Um semicondutor possui elétrons extras em sua ligação atômica, eles são chamados de elétrons livres e existem lacunas. Buracos são espaços vazios onde os elétrons deveriam estar. A Figura 1 mostra a estrutura interna das ligações interatômicas de um semicondutor.

Figura 1. Estrutura interna das ligações interatômicas de um semicondutor.

Agora vamos descobrir como um semicondutor passa corrente. Vamos imaginar que conectamos um semicondutor a uma célula galvânica, como uma bateria normal. A corrente começa a se mover de mais para menos. Durante os fenômenos térmicos, os elétrons que passam pelo semicondutor começam a arrebatar elétrons das ligações interatômicas. Ocorrem buracos e os elétrons livres são acompanhados pela passagem de elétrons da célula galvânica. Os mesmos elétrons que caem no buraco irão, por assim dizer, saltar para dentro dele, restaurando a ligação interatômica. Simplificando, em um semicondutor, quando uma corrente é aplicada a ele, as ligações interatômicas são quebradas, os elétrons voam e ficam livres, outros preenchem os buracos que encontram em seu caminho. E esse processo continua indefinidamente. A Figura 2 mostra o movimento dos elétrons.

Figura 2. Movimento e direção de elétrons e lacunas.

Diodos semicondutores

Então, descobrimos o que é um semicondutor e qual é o seu princípio de funcionamento. Agora vamos passar para os diodos, não para os elementos radioeletrônicos mais simples. Já falei sobre a junção pn acima. Agora com mais detalhes: p é positivo (positivo), n é negativo (negativo, negativo). Vamos descobrir como os elétrons se movem em um diodo. Imagine se conectarmos um elemento galvânico, por exemplo uma bateria, para que haja polaridade. Ah, sim - não entendemos a polaridade. Já conhecemos a estrutura do diodo: junção pn, p - positivo é o ânodo, n - negativo é o cátodo. Há uma fina faixa branca no corpo do diodo - na maioria das vezes é o cátodo, está conectado ao negativo, e o outro terminal é o ânodo, que está conectado ao positivo. Agora vamos dar uma olhada no movimento dos elétrons. Conectamos os terminais polares do diodo, agora surge uma corrente. Os elétrons da região positiva começam a se mover em direção ao negativo da bateria, e os elétrons da região negativa começam a se mover em direção ao positivo, eles se encontram, os elétrons parecem saltar para buracos, como resultado ambos param existir. Essa condutividade elétrica é chamada de condutividade elétrica do buraco do elétron, os elétrons se movem com pouca resistência, mostrado na Figura 3 (A). Essa corrente é chamada de corrente contínua Ipr, mas o que acontece se você mudar a polaridade para que o ânodo fique conectado ao negativo e o cátodo ao positivo. O que vai acontecer? A área positiva, enfim, os buracos começarão a se mover para o negativo da bateria, e os elétrons livres para o positivo, com isso aparecerá uma grande área, está sombreada na Figura 3 (B). Essa corrente é chamada reversa, que possui uma resistência muito alta, ultrapassando várias centenas de ohms, quilo-ohms e até mega-ohms.

Então, resolvemos a junção p-n, vamos agora falar sobre a finalidade do diodo. Diodos são usados em receptores detectores para criar corrente contínua pulsante a partir de corrente alternada. Afinal, o que é corrente alternada? Vamos lembrar. Corrente alternada é uma corrente capaz de mudar de direção a cada meio ciclo, unidade de tempo. Como um diodo pode fazer a corrente alternada pulsar? Veja como: você lembra que um diodo passa corrente apenas em uma direção.

Figura 3. Movimento de elétrons de corrente reversa e direta em um diodo.

Quando a corrente começa a se mover de mais para menos, uma corrente direta passa silenciosamente sem muita resistência, mas quando a corrente começa a se mover de menos para mais, surge uma corrente reversa, que o diodo não permite passar. Você provavelmente já viu um gráfico de tensão alternada; essa linha ondulada é um sunusóide. Se você cobrir o resultado final, obterá uma corrente pulsante. Isso significa que o diodo cortou a parte inferior. A corrente se moverá apenas em uma direção - de mais para menos. Entendi? Então agora vamos passar para os transistores.

Transistores biopolares e de efeito de campo

Então, chegamos aos transistores biopolares e de efeito de campo. Estudaremos apenas transistores biopolares e não tocaremos em transistores de efeito de campo por enquanto - vamos deixá-los de lado para a próxima lição. Os transistores biopolares são às vezes chamados de transistores simples. Em geral, já estudamos os semicondutores e suas propriedades, bem como o diodo e a junção p-n. Agora chegamos a uma estrutura mais complexa. Estrutura? Você acha o que é, já estudamos a estrutura do diodo. Lembremos que a estrutura consiste em vários semicondutores com condutividade de furo ou condutividade eletrônica; esta estrutura é conhecida como junção p-n. Um transistor simples (bipolar) possui duas estruturas. Estas são estrutura pnp e estrutura npn. Mas você não estudou as descobertas. Bem, é claro, um transistor simples, como um transistor de campo, possui três terminais. Apenas um transistor normal tem um nome diferente para os terminais e um princípio operacional diferente. Ok, vamos dar uma olhada na estrutura do pnp. O primeiro terminal é a base, que possui uma corrente de controle, o segundo terminal é o emissor, interage com a base, e o terceiro terminal é o coletor, dele é retirada a corrente aumentada. Agora vamos determinar onde está cada saída e a qual área ela pertence. O primeiro pino é a base, pertence à região eletrônica, ou seja, “n”, depois o emissor pertence ao pino positivo, que fica à esquerda da base, e o coletor pertence ao pino positivo, que é à direita da base.

Então, vamos entender o princípio de funcionamento do transistor. Se a corrente for direcionada para o emissor e para a base, então você terá uma junção p-n, haverá excesso de elétrons, com isso o coletor irá coletar esse forte fluxo de elétrons e a corrente será amplificada. Esqueci de dizer - um transistor, assim como um diodo, pode estar em dois estados: fechado e aberto. É isso, já tratamos de transistores e diodos, abaixo é mostrado um desenho de duas estruturas p-n-p e n-p-n.

Figura 4. Duas estruturas de transistor: p-n-p e n-p-n.

Este artigo está finalizado, se algo não estiver claro, entre em contato comigo, eu te direi e responderei. Tchau todo mundo. Eu estava com você Dmitri Tsyvtsyn.

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