Hem › Salong › Jämför halvledardiod och transistor. Halvledardioder och transistorer, användningsområde

Jämför halvledardiod och transistor. Halvledardioder och transistorer, användningsområde

Halvledardiod kallas ett icke-signalförstärkande elektroniskt element med en elektron-hål-övergång och två ledningar från anoden och katoden.

Dioder används i elektroniska kretsar för att konvertera parametrarna för elektriska signaler (likriktning, stabilisering). Dioder skiljer sig i design ( punkt, plan) och enligt symbolen på diagrammen (beroende på funktionssyftet).

Funktionsprincip diod illustrerar det volt-ampere egenskaper, de där. strömberoende på den pålagda spänningen, (fig. 1), av vilken det framgår att dioden har envägskonduktivitet(passerar ström i framåtriktningen och passerar praktiskt taget inte i motsatt riktning).

Dioden är ansluten i framåtriktningen när strömkällans positiva pol är ansluten till anoden A, och strömkällans negativa pol är ansluten till katoden K. Detta motsvarar den karakteristiska grenen i den första kvadranten. En stor framåtström passerar genom dioden.

När den är ansluten till omvänd riktning (plus - till katoden, minus - till anoden), den omvända strömmen I OBR som passerar genom dioden är mycket liten (mkA).

I detta fall är likströmmen, som framgår av fig. 1, beror mycket på temperatur miljö (ökar med ökande temperatur).

Ris. 1. Strömspänningskarakteristik för dioden.

Diodegenskaper:

Förutom den övervägda strömspänningen inkluderar diodens huvudegenskaper:

Maximal framåtström jag ETC ;

Temperaturmotstånd t 0 max ;

Maximal backspänning U KP .

DC motstånd R 0 = U ETC / jag ETC ;

AC-motstånd R i = Δ U ETC / Δ jag ETC ;

Lutningen av ström-spänningskarakteristiken S = Δ jag ETC / Δ U ETC ;

Effektförlust vid anoden P A = U ETC jag ETC ;

Användningsområde för dioder: AC likriktning; spänningsstabilisering; arbete i fotovoltaiska enheter; arbete i mikrovågskretsar osv.

Transistorer

Transistorer – halvledarenheter med två r-pövergångar som tillåter förbättra elektrisk signal och har vanligtvis tre terminaler. Delas in i två grupper - bipolär och unipolär(fält). Grundkretsar för att ansluta en bipolär transistor - med en gemensam bas, med en gemensam sändare och med en gemensam samlare. Typen av omkopplingskrets bestämmer med vilken parameter transistorn förstärker signalen (spänning, ström, etc.).

Bipolär transistorär en halvledarenhet med en treskiktsstruktur med alternerande typer av konduktivitet och två r-pövergångar, som tillåter förstärkning av elektriska signaler och har tre utgångar. Skilja på direkt (p-n-p) och omvänd (n-p-n) transistorer, skillnaden mellan vilka är polaritet ansluta strömförsörjning.

Komponenterna i en transistor motsvarar dess lager och heter: utsändare– laddningssändare, bas– bas och samlare– laddningsuppsamlare. Lager har

olika konduktivitet: extrem (sändare och kollektor) - hålsid, och basen som ligger mellan dem är elektroniskn(Fig. 2).

Emitter Base Collector

jageh jagTill

IngångUtgång

Ris. 2. Bipolär sid- n- sid transistor ansluten enligt en gemensam baskrets

Låt oss överväga principen för driften av en transistor. Som kan ses i fig. 2 har transistorn två kopplingar: sid- n Och n- sid. Första övergången ( sid- n) ingår i direkt riktning, dvs. minus k n-områden, och plus till R– områden – till sändaren. Därför kommer likström att flyta genom denna korsning. Andra övergången ( n- sid) ingår i omvänd riktning, dvs. plus till bas ( n- område), och minus till R– områden – till samlaren. Om du öppnar sändarkretsen (ingångskretsen), kommer denna korsning, som ligger under omvändU K när den är påslagen kommer den att vara praktiskt taget stängd.

Om du stänger sändarkretsen (tillför en insignal), genom den första (öppna) sid- n kopplingspunkt kommer en likström att flyta, bildad genom insprutning av hål i basen. Eftersom tjockleken på basen är liten, och halvledarna från vilka sändaren och basen är gjorda är valda med olika koncentrationer av huvudbärarna, d.v.s. koncentrationen av hål i emittern är betydligt högre än koncentrationen av elektroner i basen, kommer det att finnas så många hål som kommer in i basen att endast en liten del av dem kommer att hitta i basen de elektroner som är nödvändiga för rekombination. Därför börjar inkommande hål som inte har rekombinerats med elektroner att flytta till de regioner av basen som ligger intill kollektorn. Positiva hål som närmar sig kollektorkorsningen och upplever verkan av ett starkt accelererande fält från ett kraftfullt kollektorbatteri U K, passera in i kollektorn och rekombinera med elektroner som kommer in i kollektorn från batteriets negativa pol. Som ett resultat kommer kollektorström att börja flyta genom kollektorövergången jag K, trots att omvänd spänning appliceras på korsningen. Denna kollektorström kommer att vara 90 - 95 % av emitterströmmen (på grund av det lilla antalet rekombinerande hål som finns kvar i basen). Men det viktigaste är att storleken på kollektorströmmen kommer att bero på storleken på emitterströmmen och kommer att förändras i proportion till dess förändring. Faktum är att ju större strömmen är genom emitterövergången, dvs ju fler hål emittern sprutar in i basen, desto större blir kollektorströmmen, vilket beror på antalet dessa hål. Detta leder till en praktiskt viktig slutsats:

Genom att styra transistorns emitterström kan man därmed styra kollektorströmmen och i detta fall sker en förstärkningseffekt.

Denna egenskap bestämde användningsområdet för transistorer i förstärkarkretsar. Så till exempel kommer den övervägda kretsen för att ansluta en transistor med en gemensam bas att ge spänning och effektförstärkning insignal, eftersom utgångsbelastningsmotståndet Rn med lämpligt val av batterispänning UTill kan vara betydligt större än resistansen vid förstärkaringången, dvs. R H >> R VX, och ingången (sändare jag E) och utgång (samlare jag TILL) strömmarna är ungefär lika stora. Därav spänningen och kraften som tillförs ingången U VX = jag VX * R VX ; Pinmatning= jag 2 inmatning * Rinmatning mindre än motsvarande värden för spänning och effekt vid utgången, d.v.s. i lasten U = jag TILL * R N ; Pn = jag K 2 * RN. Det finns ingen strömförstärkning i detta fall (sedan jag E ~ = jag TILL).

Oftare används dock en annan transistorkopplingskrets - gemensam sändarkrets, där det, förutom effektförstärkning, också finns strömförstärkning. Kopplingsschema med gemensam samlare används vid drift på en last med låg resistans eller från en sensor med högt motstånd. Förstärkningen av en sådan krets när det gäller ström och effekt är flera tiotals enheter, och när det gäller spänning - ungefär en.

För att korrekt förstå principen för drift av kretsar som använder transistorer är det nödvändigt att ha en god förståelse för funktionerna i driften av en transistor som en förstärkare, som är följande: till skillnad från ett vakuumrör har transistorn en låg ingångsresistans i de flesta omkopplingskretsar, som ett resultat av vilket man tror att transistorn styrs av ingångsströmmen och inte av ingångsströmmen. den låga ingångsresistansen hos transistorförstärkare leder till en märkbar förbrukning av effekt (ström) från källan till förstärkta svängningar, därför är huvudvikten i dessa förstärkare inte spänningsförstärkning, utan ström eller effektförstärkning; effektförstärkningen k bestäms av förhållandet mellan den effekt som allokeras vid förstärkarens utgång i nyttolasten och den effekt som förbrukas vid förstärkarens inimpedans; Transistorns parametrar och egenskaper är starkt beroende av temperaturen och det valda läget, vilket är en nackdel.

Transistoregenskaper:

Ingångs-, utgångs- och transientegenskaper, fig. 3,

Ris. 3. Transistoregenskaper: a – ingång, b – utgång, c – övergång

Förstärkning (överföring) i allmänna termer, spänning, ström, effekt

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

Transistor AC-ingångsimpedans

R = ΔU ВХ / ΔI ВХ.

Samlarens strömförlust

P K = U K * I K .

Fördelar med transistorer: små dimensioner, hög känslighet, tröghetsfri; varaktighet; brister: betydande påverkan av yttre faktorer (temperatur, e/m-fält, radioaktiv strålning, etc.).

Användningsområde transistorer: trådbunden och radiokommunikation; TV; radar; radionavigering; automation och telemekanik; Datorteknik; mätteknik; förstärkarkretsar; minneschips för digitala enheter etc.

Beredd

Elev i klass 10 "A"

Skola nr 610

Ivchin Alexey

Sammanfattning om ämnet:

"Halvledardioder och transistorer, deras användningsområden"

1. Halvledare: teori och egenskaper
2. Grundläggande halvledarenheter (struktur och tillämpning)
3. Typer av halvledarenheter
4. Produktion
5. Tillämpningsområde

1. Halvledare: teori och egenskaper

Först måste du bekanta dig med konduktivitetsmekanismen i halvledare. Och för att göra detta måste du förstå vilken typ av bindningar som håller atomerna i en halvledarkristall nära varandra. Tänk till exempel på en kiselkristall.

Kisel är ett fyrvärt grundämne. Detta innebär att i det yttre

Skalet på en atom har fyra elektroner som är relativt svagt bundna till kärnan. Antalet närmaste grannar till varje kiselatom är också fyra. Interaktionen mellan ett par angränsande atomer utförs med hjälp av en polyelektronisk bindning, som kallas en kovalent bindning. I bildningen av denna bindning deltar en valenselektron från varje atom, som delas av från atomerna (kollektiviseras av kristallen) och under sin rörelse tillbringar större delen av tiden i utrymmet mellan närliggande atomer. Deras negativa laddning håller de positiva kiseljonerna nära varandra. Varje atom bildar fyra bindningar med sina grannar, och vilken valenselektron som helst kan röra sig längs en av dem. Efter att ha nått en angränsande atom kan den gå vidare till nästa, och sedan vidare längs hela kristallen.
Valenselektroner tillhör hela kristallen. Silikonpar-elektronbindningarna är ganska starka och bryts inte vid låga temperaturer. Därför leder inte kisel vid låga temperaturer elektrisk ström. Valenselektronerna som är involverade i bindningen av atomer är fast fästa vid kristallgittret, och det externa elektriska fältet har ingen märkbar effekt på deras rörelse.

Elektronisk ledningsförmåga.
När kisel värms upp ökar partiklarnas kinetiska energi och enskilda bindningar bryts. Vissa elektroner lämnar sina banor och blir fria, som elektroner i en metall. I ett elektriskt fält rör sig de mellan gitternoder och bildar en elektrisk ström.
Konduktiviteten hos halvledare på grund av närvaron av fria elektroner i metaller kallas elektronisk konduktivitet. När temperaturen ökar ökar antalet brutna bindningar, och därmed fria elektroner. Vid uppvärmning från 300 till 700 K ökar antalet gratisladdningsbärare från 10,17 till 10,24 1/m.3. Detta leder till en minskning av motståndet.

Hålens ledningsförmåga.

När en bindning bryts bildas en ledig plats med en saknad elektron.
Det kallas ett hål. Hålet har en överdriven positiv laddning jämfört med andra normala bindningar. Placeringen av hålet i kristallen är inte konstant. Följande process sker kontinuerligt. En av elektronerna som säkerställer anslutningen av atomer hoppar till platsen för de bildade hålen och återställer parelektronbindningen här. och där denna elektron hoppade ifrån bildas ett nytt hål. Således kan hålet röra sig genom hela kristallen.
Om den elektriska fältstyrkan i provet är noll, sker rörelsen av hål, motsvarande rörelsen av positiva laddningar, slumpmässigt och skapar därför ingen elektrisk ström. I närvaro av ett elektriskt fält uppstår en ordnad rörelse av hål, och således läggs den elektriska strömmen som är förknippad med hålens rörelse till den elektriska strömmen av fria elektroner. Hålens rörelseriktning är motsatt till elektronernas rörelseriktning.
Så i halvledare finns det två typer av laddningsbärare: elektroner och hål. Därför har halvledare inte bara elektronisk utan också hålledningsförmåga. Konduktivitet under dessa förhållanden kallas den inneboende konduktiviteten hos halvledare. Halvledares inneboende ledningsförmåga är vanligtvis låg, eftersom antalet fria elektroner är litet, till exempel i germanium vid rumstemperatur ne = 3 per 10 på 23 cm i –3. Samtidigt är antalet germaniumatomer i 1 kubikcm cirka 10 av 23. Antalet fria elektroner är alltså ungefär en tiomiljarddel av det totala antalet atomer.

En väsentlig egenskap hos halvledare är att i närvaro av föroreningar, tillsammans med deras egen ledningsförmåga, uppstår ytterligare en - föroreningskonduktivitet. Genom att ändra föroreningskoncentrationen kan du avsevärt ändra antalet laddningsbärare av ett eller annat tecken. Tack vare detta är det möjligt att skapa halvledare med en övervägande koncentration av antingen negativt eller positivt laddade bärare. Denna egenskap hos halvledare öppnar stora möjligheter för praktiska tillämpningar.

Donatorföroreningar.
Det visar sig att i närvaro av föroreningar, till exempel arsenikatomer, även vid mycket låga koncentrationer, ökar antalet fria elektroner många gånger. Detta händer av följande anledning. Arsenikatomer har fem valenselektroner, varav fyra är involverade i att skapa en kovalent bindning mellan denna atom och omgivande atomer, till exempel med kiselatomer. Den femte valenselektronen verkar vara svagt bunden till atomen. Den lämnar lätt arsenikatomen och blir fri. Koncentrationen av fria elektroner ökar markant, och blir tusen gånger större än koncentrationen av fria elektroner i en ren halvledare. Föroreningar som lätt donerar elektroner kallas donatorföroreningar, och sådana halvledare är halvledare av n-typ. I en halvledare av n-typ är elektroner de flesta laddningsbärare och hål är minoritetsladdningsbärare.

Acceptorföroreningar.
Om indium, vars atomer är trevärda, används som en förorening, ändras arten av ledningsförmågan hos halvledaren. Nu, för att bilda normala parelektroniska bindningar med sina grannar, saknar indiumatomen en elektron. Som ett resultat bildas ett hål. Antalet hål i kristallen är lika med antalet föroreningsatomer. Föroreningar av detta slag kallas acceptorföroreningar. I närvaro av ett elektriskt fält rör sig hål runt fältet och hålledning uppstår. Halvledare med en dominans av hålledningsförmåga över elektronledningsförmåga kallas halvledare av p-typ (från ordet positiv - positiv).

2. Grundläggande halvledarenheter (struktur och tillämpning)
Det finns två grundläggande halvledarenheter: dioden och transistorn.

Diod.
Numera används dioder i allt större utsträckning i halvledare för att likrikta elektrisk ström i radiokretsar, tillsammans med tvåelektrodslampor, eftersom de har en rad fördelar. I ett vakuumrör skapas laddningsbärare elektroner genom att värma katoden. I en p-n-övergång bildas laddningsbärare när en acceptor eller donatorförorening förs in i kristallen, så det behövs ingen energikälla för att erhålla laddningsbärare. I komplexa kretsar visar sig energibesparingarna som blir resultatet av detta vara mycket betydande. Dessutom är halvledarlikriktare med samma värden på likriktad ström mer miniatyr än rörlikriktare.

Strömspänningskarakteristiken för anslutningar framåt och bakåt visas i figur 2.

De ersatte lampor och används mycket inom tekniken, främst för likriktare; dioder har även funnits i olika apparater.

Transistor.
Låt oss överväga en typ av transistor gjord av germanium eller kisel med donator- och acceptorföroreningar införda i dem. Fördelningen av föroreningar är sådan att ett mycket tunt (i storleksordningen flera mikrometer) lager av n-typ halvledare skapas mellan två lager av p-typ halvledare Fig. 3.
Detta tunna skikt kallas basen eller basen Två p-n-övergångar bildas i kristallen, vars direkta riktningar är motsatta. Tre terminaler från områden med olika typer av konduktivitet gör att du kan inkludera en transistor i kretsen som visas i figur 3. Med denna anslutning är den vänstra p-n-övergången direkt och separerar basen från området med p-typs konduktivitet, kallad emitter. Om det inte fanns någon rätt p –n
-transition, i emitter-baskretsen skulle det finnas en ström beroende på spänningen hos källorna (batteri B1 och växelspänningskällan) och kretsens resistans, inklusive den låga resistansen hos den direkta emitter-basövergången. Batteri B2 ansluts så att den högra pn-övergången i kretsen (se fig. 3) är omvänd. Den separerar basen från den högra regionen av p-typ som kallas kollektorn. Om det inte fanns någon vänster pn-övergång skulle strömstyrkan i kollektorkretsen vara nära noll. Eftersom det omvända korsningsmotståndet är mycket högt. När en ström finns i den vänstra p-n-övergången uppstår en ström i kollektorkretsen och strömstyrkan i kollektorn är bara något mindre än strömstyrkan i emittern. När en spänning skapas mellan emittern och basen, huvudbärare av p-typ halvledare - hål penetrerar basen, GDR de är redan huvudbärare. Eftersom basens tjocklek är mycket liten och antalet huvudbärare (elektroner) i den är litet, kombineras hålen som kommer in i den nästan inte (rekombinerar inte) med basens elektroner och tränger in i kollektorn pga. till diffusion. Den högra pn-övergången är stängd för basens huvudladdningsbärare - elektroner, men inte till hål. I kollektorn förs hål bort av det elektriska fältet och fullbordar kretsen.
Styrkan hos strömmen som grenar in i emitterkretsen från basen är mycket liten, eftersom tvärsnittsarean för basen i det horisontella (se fig. 3) planet är mycket mindre än tvärsnittet i det vertikala planet . Strömstyrkan i kollektorn, nästan lika med strömstyrkan i emittern, ändras tillsammans med strömmen i emittern.
Resistansen hos motståndet R har liten effekt på strömmen i kollektorn, och detta motstånd kan göras ganska stort. Genom att styra emitterströmmen med hjälp av en växelspänningskälla ansluten till dess krets får vi en synkron förändring i spänningen över motståndet. Om motståndet i motståndet är stort kan spänningsförändringen över den vara tiotusentals gånger större än förändringen i signalen i emitterkretsen, vilket innebär en ökning av spänningen. Med hjälp av en last R är det därför möjligt att erhålla elektriska signaler vars effekt är många gånger större än effekten som kommer in i emitterkretsen.De ersätter vakuumrör och används i stor utsträckning inom tekniken.

3. Typer av halvledarenheter.
Förutom plana dioder (fig. 8) och transistorer finns det även punktdioder (fig. 4). Punkttransistorer (struktur se i figuren) gjuts före användning, d.v.s. passera en ström av en viss storlek, som ett resultat av vilket ett område med hålledningsförmåga bildas under spetsen av tråden. Transistorer finns i p-n-p och n-p-n typer. Beteckning och allmän vy i figur 5.
Det finns foto- och termistorer och varistorer som visas i figuren. Plana dioder inkluderar selenlikriktare, Grunden för en sådan diod är en stålbricka, belagd på ena sidan med ett lager av selen, som är en halvledare med hålledningsförmåga (se fig. 7). Ytan av selen är belagd med en kadmiumlegering, vilket resulterar i bildandet av en film med elektronisk ledningsförmåga, som ett resultat av vilken en likriktande strömövergång bildas.Ju större area, desto större likriktarström.

4. Produktion
Diodtillverkningstekniken är som följer. En bit indium smälts på ytan av en fyrkantig platta med en yta på 2-4 cm2 och en tjocklek av flera fraktioner av en millimeter, skuren från en halvledarkristall med elektronisk ledningsförmåga. Indium är fast legerat med plattan, i detta fall tränger indiumatomer in
(diffus) in i plattans tjocklek och bildar i den ett område med en dominans av hålledningsförmåga, fig. 6. Detta resulterar i en halvledaranordning med två områden med olika typer av konduktivitet och en p-n-övergång mellan dem. Ju tunnare halvledarskiva. ju lägre resistans dioden har i framåtriktningen, desto större är strömmen som korrigeras av dioden. Diodkontakterna är en indiumdroppe och en metallskiva eller stav med blyledare.
Efter montering av transistorn monteras den i huset och den elektriska anslutningen ansluts. leder till kontaktplattorna hos kristallen och förpackningens ledning och förseglar förpackningen.

5. Tillämpningsområde

Dioder är mycket tillförlitliga, men gränsen för deras användning är från –70 till 125 C. Eftersom en punktdiod har en mycket liten kontaktyta, så strömmarna som sådana dioder kan leverera är inte mer än 10-15 mA. Och de används främst för att modulera högfrekventa svängningar och för mätinstrument. För varje diod finns det vissa maximalt tillåtna gränser för framåt- och bakåtström, beroende på framåt- och bakåtspänningen och bestämmer dess likriktande och styrkaegenskaper.

Transistorer, liksom dioder, är känsliga för temperatur och överbelastning och penetrerande strålning. Transistorer, till skillnad från radiorör, brinner ut på grund av felaktig anslutning.

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

figur 2

Bild 1

Figur 3

Figur 4

Bild 5

Figur 4

HALVLEDARDIODER

Halvledardioder är halvledarenheter med en elektrisk koppling och två terminaler. De används för att likrikta växelström, detektera växelsvängningar, omvandla mikrovågssvängningar till mellanfrekvenssvängningar, stabilisera spänning i likströmskretsar etc. Halvledardioder är enligt deras syfte uppdelade i likriktardioder, högfrekventa dioder, varicaps, zener dioder osv.

Likriktardioder. Likriktarhalvledardioder är utformade för att omvandla växelström till likström.

Grunden för moderna likriktardioder är en elektronhålsövergång (EDJ), som erhålls genom fusion eller diffusion. Materialet som används är germanium eller kisel.

För att erhålla stora värden av likriktade strömmar i likriktade dioder används EAF:er med stor yta, eftersom för normal drift av dioden bör strömtätheten genom korsningen inte överstiga 1-2 A/mm 2.

Sådana dioder kallas plana. Utformningen av en plan halvledardiod med låg effekt visas i fig. 2.1, a. För att förbättra värmeavledningen i medelstora dioder Och av hög effekt är en skruv svetsad till deras kropp, med vilken dioderna är fästa på en speciell radiator eller chassi (Fig. 2.1, b).

Huvudkarakteristiken för en likriktardiod är dess strömspänningskarakteristik (volt-amperekarakteristik). Typen av ström-spänningskarakteristik beror på halvledarmaterialet och temperaturen (fig. 2.2, a och b).

Huvudparametrarna för att likrikta halvledardioder är:

konstant framspänning U np vid en given framström;

den maximalt tillåtna backspänningen U o 6 p max vid vilken dioden fortfarande kan fungera normalt under lång tid;

konstant backström som flyter genom dioden vid en backspänning lika med U o 6 pmax;

genomsnittlig likriktad ström, som kan passera genom dioden under lång tid vid en acceptabel temperatur för dess uppvärmning;

maximalt tillåten effekt som avges av dioden, på vilket säkerställer den specificerade tillförlitligheten hos dioden.

Enligt det maximalt tillåtna värdet för den genomsnittliga likriktade strömmen är dioder indelade i lågeffekt (), medeleffekt ( ) och hög effekt (). Högeffekts likriktardioder kallas effektdioder.

Lågeffektlikriktarelement, som är likriktarhalvledardioder kopplade i serie, kallas likriktarkolonner. Likriktarenheter tillverkas också i vilka likriktardioder är anslutna enligt en viss (till exempel brygg) krets.

Likriktarhalvledardioder kan arbeta vid frekvenser på 50 ... 10 5 Hz (effektdioder - vid frekvenser på 50 Hz), det vill säga de är lågfrekventa.

Högfrekventa dioder. Högfrekventa dioder inkluderar halvledardioder som kan arbeta vid frekvenser upp till 300 MHz. Dioder som arbetar vid frekvenser över 300 MHz kallas ultrahög frekvens (mikrovåg).

När frekvensen ökar, ökar shuntningen av differentialresistansen för den omvänt förspända EHP av laddningskapacitansen. Detta leder till en minskning av det omvända motståndet och en försämring av diodens likriktande egenskaper. Eftersom värdet på laddningskapaciteten är proportionell mot området för EAF, för att minska det är det nödvändigt att minska området för EAF.

Mikrolegeringsdioder har en liten kopplingsyta, men de... Nackdelen är ackumuleringen av minoritetsladdningsbärare i basen, som injiceras i den när dioden är direkt påslagen. Detta begränsar prestandan (frekvensområdet) för mikrolegeringsdioder.

Punktdioder som kan arbeta i mikrovågsområdet har bättre prestanda och därför högre frekvenser. I deras design pressas en metallfjäder med en diameter på cirka 0,1 mm med sin spets mot en halvledarkristall. Fjädermaterialet väljs så att arbetsfunktionen för elektroner från det är större än från halvledaren. I det här fallet bildas ett blockerande lager vid metall-halvledargränssnittet, kallat Schottky-barriären - uppkallad efter den tyska forskaren som studerade detta fenomen. Dioder vars funktion är baserad på egenskaperna hos Schottky-barriären kallas Schottky-dioder. I dem bärs den elektriska strömmen av majoritetsladdningsbärarna, som ett resultat av vilket det inte finns några fenomen med injektion och ackumulering av minoritetsladdningsbärare.

Högfrekventa och mikrovågsdioder används för att likrikta högfrekventa svängningar (likriktare), detektering (detektor), effektnivåkontroll (omkoppling), frekvensmultiplikation (multiplikation) och andra olinjära transformationer av elektriska signaler.

Varicaps. Varicaps är halvledardioder vars verkan är baserad på kapacitansens beroende av backspänning. Varicaps används som ett element med elektriskt styrd kapacitans.

Beroendets natur visas i fig. 2.3, a. Detta beroende kallas kapacitans-spänningskarakteristiken för en varicap. Huvudparametrar

varicaps är:

nominell kapacitans mätt vid en given backspänning;

kapacitansöverlappningskoefficient Kc, bestäms av förhållandet mellan varicap-kapacitanserna vid två värden på omvänd spänning;

maximalt tillåten backspänning;

kvalitetsfaktor Q B definieras som förhållandet mellan varicap-reaktansen och förlustmotståndet.

Halvledar zenerdioder. En halvledarzenerdiod är en halvledardiod, vars spänning upprätthålls med en viss noggrannhet när strömmen som passerar genom den ändras inom ett givet område. Den är utformad för att stabilisera spänningen i DC-kretsar.

Strömspänningskarakteristiken för zenerdioden visas i fig. 2.4, a, och symbolen är i fig. 2,4, b.

Om en EDP skapas på båda sidor av en kiselskiva får du en zenerdiod med en symmetrisk ström-spänningskarakteristik - en symmetrisk zenerdiod (Fig. 2.4, c).

Arbetssektionen av zenerdioden är sektionen av elektriskt genombrott. När strömmen som flyter genom zenerdioden ändras från värde till värde. spänningen över den skiljer sig lite från värdet.Användningen av zenerdioder baseras på denna egenskap.

Funktionsprincipen för en spänningsstabilisator på en zenerdiod av kisel (Fig. 2.4, d) är att när spänningen U VX ändras ändras strömmen som flyter genom zenerdioden och spänningen på zenerdioden och belastningen R anslutna parallellt med det praktiskt taget inte förändras.

Huvudparametrarna för kiselzenerdioder är:

stabiliseringsspänning U st;

minimala och maximala stabiliseringsströmmar;

maximalt tillåtet effektförlust

differentialmotstånd i stabiliseringssektionen ;

temperaturkoefficient för spänning i stabiliseringssektionen

I moderna zenerdioder sträcker sig stabiliseringsspänningen från 1 till 1000 V med stabiliseringsströmmar från 1 mA till 2 A. För att stabilisera spänningar mindre än 1 V används den direkta grenen av I-V-karakteristiken för en kiseldiod, kallad en stabistor. . För zenerdioder B. Genom att seriekoppla zenerdioder (eller stabistorer) kan man få vilken stabiliseringsspänning som helst.

Differentialresistansen i stabiliseringsdelen är ungefär konstant och för de flesta zenerdioder är den 0,5...200 Ohm. Spänningstemperaturkoefficienten kan vara positiv (för zenerdioder med ) och negativ (för zenerdioder med U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

BIPOLAR TRANSISTORER

En bipolär transistor (BT) eller helt enkelt en transistor är en halvledarenhet med två interagerande EDP:er och tre eller flera terminaler, vars förstärkningsegenskaper bestäms av fenomenen med injektion och extraktion av minoritetsladdningsbärare.

Elektronhålsövergångar bildas mellan tre regioner av en halvledare med olika typer av elektrisk ledningsförmåga. I enlighet med ordningen för alternering av p- och n-regioner delas BTs in i transistorer av p-p-p-typ och transistorer av p-p-p-typ (fig. 2.5).

Transistorns mellersta område kallas basen, en extremregion är emittern (E) och den andra är kollektorn (K). Vanligtvis är koncentrationen av föroreningar i emittern större än i kollektorn. I en p-p-p typ BT har basen elektrisk ledningsförmåga av p-typ, och emittern och kollektorn är n-typ.

Den EDP som bildas mellan emittern och basen kallas emitter, och mellan basen och kollektorn - kollektor.

Transistor driftlägen. Beroende på metoden för att ansluta emittern och kollektorns EDP till strömkällor, kan den bipolära transistorn fungera i ett av fyra lägen: cutoff, saturation, aktiv och invers.

EAF:erna för sändaren och kollektorn i cutoff-läget (fig. 2.6, a) skiftas i motsatt riktning och i mättnadsläget (fig. 2.6, 6) - i framåtriktningen. Kollektorströmmen i dessa lägen är praktiskt taget oberoende av emitterns spänning och ström.

Cutoff- och mättnadslägen används vid drift av BT i puls- och nyckelenheter.

När transistorn arbetar i aktivt läge skiftas dess emitterövergång i framåtriktningen och kollektorövergången i motsatt riktning (Fig. 2.6, c).

Under inverkan av likspänningen 11e flyter en ström i emitterkretsen, vilket skapar kollektor- och basströmmar, så

Kollektorströmmen innehåller två komponenter: kontrollerad, proportionell mot emitterströmmen och okontrollerad, skapad av minoritetsbärares drift genom den omvänd förspända kollektorövergången. Proportionalitetsfaktorn kallas den statiska överföringskoefficienten för emitterströmmen. För de flesta moderna BT:s och mer.

Basströmmen inkluderar en rekombinationskomponent, orsakad av att elektroner kommer in i basen för att kompensera för den positiva laddningen av hål som rekombinerar i basen, och en okontrollerad komponent av kollektorströmmen, så att

När en BT används som förstärkarelement måste en av plintarna vara gemensam för ingångs- och utgångskretsarna. I diagrammet som visas i fig. 2.6, c, är den gemensamma elektroden basen. En sådan BT-anslutningskrets kallas en gemensam baskrets (CB) och visas vanligtvis som visas i fig. 2,7, a. Förutom OB-kretsen används i praktiken även kretsar med en gemensam emitter (CE) och en gemensam kollektor (CC).

I OE-kretsen (fig. 2.7, b) bestäms förhållandet mellan ut- och ingångsströmmarna av ekvationen

Koefficienten kallas den statiska basströmöverföringskoefficienten. Det är relaterat till förhållandet

På värdena ligger i intervallet 19...99.

Komponenten representerar den omvända (okontrollerade) kollektorströmmen i OE-kretsen. Denna ström är kopplad till den omvända strömmen i kretsen

Om förhållandet

Av relation (2.4) följer att den omvända kollektorströmmen i OE-kretsen är mycket större än i OB-kretsen. Detta innebär att en temperaturförändring i OE-kretsen har större effekt på förändringen i strömmar (och därmed på förändringar i statiska egenskaper och parametrar) än i OB-kretsen. Detta är en av nackdelarna med att inkludera BT i OE-systemet.

När du slår på BT enligt OK-schemat. (Fig. 2.7, c) kopplingen mellan utgångs- och inströmmarna bestäms av relationen

Av en jämförelse av uttryck (2.2) och (2.5) följer att beroenden mellan ingångs- och utgångsströmmarna för BT i OE- och OK-kretsarna är ungefär desamma. Detta gör att du kan använda samma egenskaper och parametrar för att beräkna OE- och OK-kretsar.

Det omvända läget skiljer sig från det aktiva läget genom den motsatta polariteten hos de spänningar som appliceras på EAF:s emitter och kollektor.

Statiska egenskaper. Statiska egenskaper uttrycker komplexa samband mellan strömmar och spänningar

transistorns elektroder och beror på metoden för dess anslutning.

I fig. 2.8 visar a en familj av ingångskarakteristika av en BT av typen n-p-n, kopplade enligt OE-kretsen, vilka uttrycker beroendet vid . När ingångskarakteristiken är

direkt gren av ström-spänningskarakteristiken för emitter EDP. När kollektorspänningen är positiv skiftar ingångskarakteristiken åt höger.

Utgångsegenskaperna (fig. 2.8, b) återspeglar beroendet vid . Den branta delen av egenskaperna motsvarar mättnadsläget och den platta delen motsvarar det aktiva läget. Förhållandet mellan kollektor- och basströmmarna i en plan sektion bestäms av uttryck (2.2).

Små signalparametrar för statiskt läge. När en transistor arbetar i förstärkningsläge bestäms dess egenskaper av småsignalparametrar, för vilka transistorn kan betraktas som ett linjärt element. I praktiken är småsignalhybrid eller h-parametrar mest använda. Strömmar och spänningar vid små amplituder av variabla komponenter i systemet med h-parametrar är relaterade av följande relationer:

- ingångsresistans;

- spänningsåterkopplingskoefficient

- likströmsöverföringskoefficient;

- utgångskonduktivitet.

Parametrar och mäts i kortslutningsläget för utgångskretsen, och parametrar och mäts i viloläge för ingångskretsen. Dessa lägen är lätta att implementera. Värdena på h-parametrar beror på metoden för att koppla på transistorn och vid låga frekvenser kan bestämmas från statiska egenskaper. I det här fallet ersätts amplituderna för små strömmar och spänningar med inkrement. Så, till exempel, när en transistor slås på enligt en krets med en OE, skrivs formlerna för parametrar och , bestämt från ingångsegenskaperna vid punkt A (Fig. 2.8, a), i formen:

Parametrar och bestäms av utgångsegenskaperna (fig. 2.8, b) med hjälp av formlerna:

Parametrarna - bestäms på liknande sätt när transistorn slås på enligt kretsen med OB.

Småsignalparametrar kallas följaktligen överföringskoefficienter för emitterströmmen och basströmmen. De karakteriserar transistorns förstärkningsegenskaper när det gäller ström för alternerande signaler, och deras värden beror på transistorns driftläge och på frekvensen av de förstärkta signalerna. Med ökande frekvens minskar således modulen för basströmöverföringskoefficienten

Frekvensen vid vilken den minskar med en faktor av dess värde vid en låg frekvens kallas begränsningsfrekvensen för basströmöverföring och betecknas. Frekvensen vid vilken den minskar till 1 kallas BT-gränsfrekvensen och betecknas . Baserat på gränsfrekvensens värde delas transistorer in i lågfrekventa, mellanfrekventa, högfrekventa och ultrahöga frekvenser.

THYRISTORER

En tyristor är en halvledarenhet med två stabila tillstånd, som har tre eller fler övergångar och kan växla från ett stängt tillstånd till ett öppet tillstånd och vice versa.

Tyristorer med två terminaler kallas dioder eller dinistorer, och de med tre terminaler kallas trioder eller tyristorer.

Dinistorer. Dinistorstrukturen består av fyra halvledarregioner med alternerande typer av elektrisk ledningsförmåga , mellan vilka tre EDPs bildas. De extrema EDP:erna är emitter, och den mellersta är samlare. Regionen kallas emitter eller anod, regionen kallas katod.

Att ansluta dinistorns anod till den positiva polen på en extern källa, och katoden till den negativa, motsvarar dinistorns direkta anslutning. När polariteten för källspänningen vänds, sker omvänd omkoppling.

När den är direktansluten kan dinistorn representeras som en kombination av två transistorer p - n - p och n - p - n (Fig. 2.9, a) med emitterströmöverföringskoefficienter och .

Strömmen som flyter genom dinistorn innehåller transistorns hålinsprutningskomponent, transistorns elektroniska insprutningskomponent och kollektorövergångens backström, d.v.s.

För närvarande är dinistorn stängd. På processer utvecklas i dinistorn, vilket leder till en lavinliknande ökning av insprutningsströmkomponenterna och växlar kollektorövergången i riktning framåt. I detta fall minskar dinistorns resistans kraftigt och spänningsfallet över den överstiger inte 1-2 V. Resten av källspänningen faller över begränsningsmotståndet (fig. 2.9, b).

När dinistorn slås på igen flyter en liten omvänd ström genom den.

SCR. En tyristor skiljer sig från en dinistor i närvaro av en extra styrutgång från basytan (Fig. 2.10, a). Slutsatsen kan dras från vilken grund som helst. En källa ansluten till detta stift skapar

styrström, vilket summerar till huvudströmmen. Som ett resultat växlar tyristorn från ett stängt tillstånd till ett öppet tillstånd vid ett lägre värde på U a (Fig. 2.10, b).

I femskiktsstrukturer genom att på lämpligt sätt utföra extremområdena kan du få en symmetrisk ström-spänningskarakteristik (Fig. 2.10, c). En sådan tyristor kallas symmetrisk. Det kan vara diod (diac) eller triode (triac).

Tyristorn stängs av genom att minska (eller avbryta) anodströmmen eller ändra polariteten på anodspänningen.

De övervägda tyristorerna kallas icke-låsbara. Det finns också avstängda tyristorer, som kan växlas från öppen till stängd genom att ändra styrelektrodströmmen. De skiljer sig från icke-låsbara i design.

Tyristorparametrar. Huvudparametrarna för tyristorer är:

inkopplingsspänning;

upplåsning av styrström;

avstängningsström ;

restspänning U np ;

inkopplingstid t på;

avstängningstid ;

fördröjningstid t3;

maximala ökningshastigheter för framspänning (du/dt) max och framström (di/dl) max.

Tyristorer används ofta i kontrollerade likriktare, DC-AC-omvandlare (växelriktare), spänningsstabilisatorer,

som kontaktlösa omkopplare, i elektriska drivenheter, automationsanordningar, telemekanik, datateknik m.m.

Symboler för tyristorer visas i fig. 2.11.

FÄLTTRANSISTORER

En fälteffekttransistor (FET) är en halvledaranordning vars förstärkande egenskaper bestäms av flödet av huvudladdningsbärare av samma tecken som strömmar genom en ledande kanal och som styrs av ett elektriskt fält.

Styrelektroden, isolerad från kanalen, kallas en grind. Baserat på metoden för grindisolering är fälteffekttransistorer indelade i tre typer:

1) med en kontroll-p-n-övergång, eller med en p-t-grind;

2) med en metallhalvledargrind, eller med en Schottky-grind;

3) med en isolerad slutare.

Fälteffekttransistorer med sid- n - slutare I en fälteffekttransistor med en p-n-grind (Fig. 2.12) är kanalen av n-typ isolerad från substratet och p-n-grinden

rörelser, som på grund av uppfyllandet av villkoret bildas huvudsakligen i kanalen. När kanalens tjocklek är störst och dess motstånd är minimalt. Om en negativ spänning appliceras på grinden i förhållande till källan kommer p-n-övergångarna att expandera, kanalens tjocklek kommer att minska och dess motstånd kommer att öka. Därför, om en spänningskälla är ansluten mellan source och drain, kan strömmen Ic som flyter genom kanalen kontrolleras genom att ändra kanalens resistans med användning av spänningen som appliceras på grinden. Driften av en PT med en p-n-grind baseras på denna princip.

De viktigaste statiska egenskaperna hos en PT med en p-n-grind är överförings- (drain-gate) och utgångs- (drain)-egenskaper (Fig. 2.13).

Grindspänningen vid vilken kanalen är helt blockerad och dräneringsströmmen reduceras till tiondelar av en mikroampere kallas cutoff-spänningen och betecknas .

Drainströmmen vid U 3I = 0 kallas den initiala drainströmmen.

Utgångsegenskaperna innehåller branta, eller ohmska, och platta områden. Det platta området kallas också för mättnadsområdet eller kanalöverlappningsområdet.

Dräneringsströmmen som flyter genom kanalen skapar ett spänningsfall över dess fördelade motstånd, vilket ökar kanal-gate och kanal-substrat omvända spänningar, vilket leder till en minskning av kanaltjockleken. De omvända spänningarna når sitt största värde vid gränsen till avloppet, och i detta område är avsmalningen av kanalen maximal (Fig. 2.12). Vid ett visst spänningsvärde stänger båda p-n-övergångarna i dräneringsområdet och kanalen överlappar varandra. Denna dräneringsspänning kallas överslagsspänningen eller mättnadsspänningen (). När en omvänd spänning appliceras på grinden uppstår en ytterligare avsmalning av kanalen, och dess blockering sker vid ett lägre spänningsvärde.

Fälteffekttransistorer med Schottky-gate. I PT med en Schottky-grind styrs kanalresistansen genom att ändra, under påverkan av grindspänningen, tjockleken på den likriktande förbindelsen som bildas vid gränsytan mellan metallen och halvledaren. Jämfört med en p-n-övergång gör en likriktande metall-halvledarövergång det möjligt att avsevärt minska kanallängden: upp till 0,5...1 µm. Samtidigt reduceras dimensionerna av hela strukturen hos FET avsevärt, vilket resulterar i att FET med en Schottky-barriär kan arbeta vid högre frekvenser - upp till 50...80 GHz.

Fälteffekttransistorer med isolerad grind. Dessa transistorer har en metall-dielektrisk-halvledarstruktur och kallas kort för MIS-transistorer. Om kiseloxid används som dielektrikum kallas de även MOS-transistorer.

Det finns två typer av MOS-transistorer: med inducerade och med inbyggda kanaler.

I MOS-transistorer med en inducerad kanal av p-typ (fig. 2.14) bildar p-typ-drain- och source-regionerna två motströmsregioner med n-regionen av substratet

EAF:er är påslagna, och när en källa med valfri polaritet är ansluten till dem, kommer det inte att finnas någon ström i kretsen. Om en negativ spänning appliceras på grinden i förhållande till källan och substratet, kommer en invertering av typen av elektrisk ledningsförmåga att inträffa vid ett tillräckligt värde på denna spänning i det ytnära skiktet av halvledaren som är beläget under grinden. p-regioner av avloppet och källan kommer att vara sammankopplade med en kanal av p-typ. Denna grindspänning kallas tröskelspänningen och betecknas . När den negativa grindspänningen ökar, ökar inversionsskiktets inträngningsdjup i halvledaren, vilket motsvarar en ökning av kanaltjockleken och en minskning av dess motstånd.

Överförings- och utgångsegenskaperna för en MOS-transistor med en inducerad kanal av p-typ presenteras i fig. 2.15. Spänningsfallet över kanalresistansen minskar spänningen mellan grinden

och kanal och kanaltjocklek. Den största avsmalningen av kanalen kommer att vara vid avloppet, där spänningen är lägst .

I MOS-transistorer med en inbyggd kanal mellan drain- och source-regionerna skapas ett tunt ytnära skikt (kanal) med samma typ av elektrisk ledningsförmåga som drain och source redan vid tillverkningsstadiet. I sådana transistorer flyter därför dräneringsströmmen, kallad initialströmmen, vid .

De statiska utgångs- och överföringsegenskaperna för en MOS-transistor med en inbyggd kanal av p-typ visas i fig. 2.16.

Differentiella parametrar för PT. Förutom parametrarna som diskuterats ovan kännetecknas egenskaperna hos PT av differentialparametrar: lutningen för överföringskarakteristiken eller lutningen för PT; differentiell resistans och statisk förstärkning.

Lutningen på PT vid kännetecknar transistorns förstärkningsegenskaper och för lågeffekttransistorer är vanligtvis flera mA/V.

Differentialresistansen vid representerar DC-kanalens resistans mot växelström.

Lutningen för PT kan bestämmas av den statiska utsignalen eller överföringsegenskaperna (Fig. 2.16) baserat på uttrycket

och differentialresistansen - enligt utgångsegenskaperna i enlighet med uttrycket

Statisk förstärkning at beräknas vanligtvis med hjälp av formeln.

Konventionella grafiska symboler för fälteffekttransistorer visas i fig. 2.17.

Fälteffekttransistorer används i förstärkare med hög ingångsresistans, omkopplare och logiska enheter, såväl som i kontrollerade dämpare som ett element vars resistans ändras under påverkan av styrspänning.

Relaterad information.

1. Halvledare: teori och egenskaper

2. Grundläggande halvledarenheter (struktur och tillämpning)

3. Typer av halvledarenheter

4. Produktion

5. Tillämpningsområde

1. Halvledare: teori och egenskaper

Kisel är ett fyrvärt grundämne. Detta innebär att i det yttre

skalet på en atom har fyra elektroner, relativt svagt bundna

med en kärna. Antalet närmaste grannar till varje kiselatom är också lika med

fyra. Interaktionen mellan ett par angränsande atomer utförs med hjälp av

paionoelektronisk bindning som kallas kovalent bindning. I utbildning

denna bindning från varje atom involverar en valenselektron, co-

som spjälkas av från atomer (kollektiviseras av kristallen) och när

i sin rörelse tillbringar de större delen av sin tid i mellanrummet

angränsande atomer. Deras negativa laddning håller de positiva kiseljonerna nära varandra. Varje atom bildar fyra bindningar med sina grannar,

och vilken valenselektron som helst kan röra sig längs en av dem. Efter att ha nått en angränsande atom kan den gå vidare till nästa, och sedan vidare längs hela kristallen.

Valenselektroner tillhör hela kristallen. Silikonpar-elektronbindningarna är ganska starka och bryts inte vid låga temperaturer. Därför leder inte kisel vid låga temperaturer elektrisk ström. Valenselektronerna som är involverade i bindningen av atomer är fast fästa vid kristallgittret, och det externa elektriska fältet har ingen märkbar effekt på deras rörelse.

Elektronisk ledningsförmåga.

När kisel värms upp ökar partiklarnas kinetiska energi, och

enskilda anslutningar är brutna. Vissa elektroner lämnar sina banor och blir fria, som elektroner i en metall. I ett elektriskt fält rör sig de mellan gitternoder och bildar en elektrisk ström.

Konduktiviteten hos halvledare på grund av närvaron av fria metaller

elektroner elektroner kallas elektronledningsförmåga. När temperaturen ökar ökar antalet brutna bindningar, och därmed fria elektroner. Vid uppvärmning från 300 till 700 K ökar antalet gratisladdningsbärare från 10,17 till 10,24 1/m.3. Detta leder till en minskning av motståndet.

Hålens ledningsförmåga.

När en bindning bryts bildas en ledig plats med en saknad elektron.

Det kallas ett hål. Hålet har en överdriven positiv laddning jämfört med andra normala bindningar. Placeringen av hålet i kristallen är inte konstant. Följande process sker kontinuerligt. Ett

från elektronerna som säkerställer anslutningen av atomer, hoppar till utbytesplatsen

bildade hål och återställer den parelektroniska bindningen här.

och där denna elektron hoppade ifrån bildas ett nytt hål. Så

Således kan hålet röra sig genom hela kristallen.

Om den elektriska fältstyrkan i provet är noll, sker rörelsen av hål, motsvarande rörelsen av positiva laddningar, slumpmässigt och skapar därför ingen elektrisk ström. I närvaro av ett elektriskt fält uppstår en ordnad rörelse av hål, och således läggs den elektriska strömmen som är förknippad med hålens rörelse till den elektriska strömmen av fria elektroner. Hålens rörelseriktning är motsatt till elektronernas rörelseriktning.

Så i halvledare finns det två typer av laddningsbärare: elektroner och hål. Därför har halvledare inte bara elektronisk utan också hålledningsförmåga. Konduktivitet under dessa förhållanden kallas den inneboende konduktiviteten hos halvledare. Halvledares inneboende ledningsförmåga är vanligtvis låg, eftersom antalet fria elektroner är litet, till exempel i germanium vid rumstemperatur ne = 3 per 10 på 23 cm i –3. Samtidigt är antalet germaniumatomer i 1 kubikcm cirka 10 av 23. Antalet fria elektroner är alltså ungefär en tiomiljarddel av det totala antalet atomer.

En väsentlig egenskap hos halvledare är att de

i närvaro av föroreningar, tillsammans med inneboende ledningsförmåga,

ytterligare - föroreningsledningsförmåga. Ändrar koncentrationen

föroreningar, kan du avsevärt ändra antalet laddningsbärare

eller annat tecken. Tack vare detta är det möjligt att skapa halvledare med

dominerande koncentration är antingen negativ eller positiv

starkt laddade transportörer. Denna egenskap hos halvledare har upptäckts

ger stora möjligheter till praktisk tillämpning.

Donatorföroreningar.

Det visar sig att i närvaro av föroreningar, till exempel arsenikatomer, även vid mycket låga koncentrationer, ökar antalet fria elektroner i

många gånger. Detta händer av följande anledning. Arsenikatomer har fem valenselektroner, varav fyra är involverade i att skapa en kovalent bindning mellan denna atom och omgivande atomer, till exempel med kiselatomer. Den femte valenselektronen verkar vara svagt bunden till atomen. Den lämnar lätt arsenikatomen och blir fri. Koncentrationen av fria elektroner ökar markant, och blir tusen gånger större än koncentrationen av fria elektroner i en ren halvledare. Föroreningar som lätt donerar elektroner kallas donatorföroreningar, och sådana halvledare är halvledare av n-typ. I en halvledare av n-typ är elektroner de flesta laddningsbärare och hål är minoritetsladdningsbärare.

Acceptorföroreningar.

Om indium, vars atomer är trevärda, används som en förorening, ändras arten av ledningsförmågan hos halvledaren. Nu, för att bilda normala parelektroniska bindningar med sina grannar, gör inte indiumatomen

får en elektron. Som ett resultat bildas ett hål. Antalet hål i kristallen

Tall är lika med antalet föroreningsatomer. Denna typ av orenhet är

kallas acceptor (mottagande). I närvaro av ett elektriskt fält

hålen blandas över fältet och hålledning uppstår. Förbi-

halvledare med en dominans av hålledning över elektron-

De kallas halvledare av p-typ (från ordet positiv - positiv).

2. Grundläggande halvledarenheter (struktur och tillämpning)

Det finns två grundläggande halvledarenheter: dioden och transistorn.

Numera används dioder i allt större utsträckning i halvledare för att likrikta elektrisk ström i radiokretsar, tillsammans med tvåelektrodslampor, eftersom de har en rad fördelar. I ett vakuumrör skapas laddningsbärare elektroner genom att värma katoden. I en p-n-övergång bildas laddningsbärare när en acceptor eller donatorförorening förs in i kristallen, så det behövs ingen energikälla för att erhålla laddningsbärare. I komplexa kretsar visar sig energibesparingarna som blir resultatet av detta vara mycket betydande. Dessutom är halvledarlikriktare med samma värden på likriktad ström mer miniatyr än rörlikriktare.

Hej alla läsare" Radiokretsar ", mitt namn är Dima och idag kommer jag att berätta för dig i enkla ord och deras egenskaper, såväl som om transistorer och dioder. Så låt oss börja, kom ihåg vilka elektroniska element du har träffat? Och deras funktionsprincip? Om du omedelbart börjat studera dioder och transistorer, då kommer du att ha många frågor.Därför är det bättre att börja med Ohms lag, och sedan gå vidare till enklare konstruktioner.Transistorer och dioder är inte särskilt enkla element som har egenskapen av en halvledare.

Du vet hur en enkel ledare fungerar - inget komplicerat. Elektroner passerar genom atomen med hög hastighet och kolliderar med dem. I det här fallet uppstår motstånd, du har redan stött på detta ord, självklart har du det. Motståndets bästa vän kallas ett motstånd. Ett motstånd är ett passivt element som har större motstånd än en vanlig ledare. Okej, låt oss gå vidare, vi måste ta reda på vad en halvledare är? En halvledare har extra elektroner i sin atombindning, de kallas fria elektroner, och det finns hål. Hål är tomma utrymmen där elektroner ska finnas. Figur 1 visar den inre strukturen av interatomära bindningar i en halvledare.

Figur 1. Inre struktur av interatomära bindningar i en halvledare.

Låt oss nu ta reda på hur en halvledare överför ström. Låt oss föreställa oss att vi kopplade en halvledare till en galvanisk cell, till exempel ett vanligt batteri. Strömmen börjar röra sig från plus till minus. Under termiska fenomen börjar elektroner som passerar genom halvledaren att rycka elektroner från interatomära bindningar. Hål uppstår och fria elektroner åtföljs av passerande elektroner från den galvaniska cellen. Samma elektroner som faller på hålet kommer så att säga hoppa in i det och återställa den interatomära bindningen. Enkelt uttryckt, i en halvledare, när en ström appliceras på den, bryts interatomära bindningar, elektroner flyger ut och blir fria, andra fyller hålen de möter på vägen. Och denna process fortsätter i det oändliga. Figur 2 visar elektronernas rörelse.

Figur 2. Rörelse och riktning för elektroner och hål.

Halvledardioder

Så vi kom på vad en halvledare är och vad dess driftsprincip är. Låt oss nu gå vidare till dioder, inte de enklaste radioelektroniska elementen. Jag har redan pratat om p-n-korsningen ovan. Nu mer detaljerat: p är positivt (positivt), n är negativt (negativt, negativt). Låt oss ta reda på hur elektroner rör sig i en diod. Tänk om vi kopplar in ett galvaniskt element, till exempel ett batteri, så att det blir polaritet. Åh ja - vi förstod inte polariteten. Vi känner redan till strukturen för dioden: p-n-övergång, p - positiv är anoden, n - negativ är katoden. Det finns en tunn vit remsa på diodens kropp - det är oftast katoden, den är ansluten till minus, och den andra terminalen är anoden, som är ansluten till pluset. Låt oss nu titta på elektronernas rörelse. Vi har kopplat in diodens polära ledningar, nu uppstår en ström. Elektronerna i det positiva området börjar röra sig mot batteriets minus, och elektronerna i det negativa området börjar röra sig mot det positiva, de möter varandra, elektronerna verkar hoppa in i hål, som ett resultat, båda upphörde att existera. Denna elektriska ledningsförmåga kallas elektron-hål elektrisk ledningsförmåga, elektroner rör sig med lite motstånd, som visas i figur 3 (A). Denna ström kallas likström Ipr, men vad händer om man ändrar polariteten så att anoden kopplas till minus, och katoden till plus. Vad kommer att hända? Det positiva området, kort sagt, hålen kommer att börja röra sig till batteriets minus, och fria elektroner till plus, som ett resultat kommer ett stort område att dyka upp, det är skuggat i figur 3 (B). Denna ström kallas omvänd, som har ett mycket högt motstånd, som överstiger flera hundra ohm, kilo-ohm och till och med mega-ohm.

Så, vi har sorterat ut p-n-övergången, låt oss nu prata om syftet med dioden. Dioder används för detektormottagare för att skapa pulserande likström från växelström. Vad är växelström egentligen? Låt oss komma ihåg. Växelström är en ström som kan ändra sin riktning under varje halvcykel, tidsenhet. Hur kan en diod få växelström att pulsera? Så här gör du: du kommer ihåg att en diod bara skickar ström i en riktning.

Figur 3. Rörelse av bakåt- och framåtströmelektroner i en diod.

När strömmen börjar röra sig från plus till minus passerar en framåtström tyst utan större motstånd, men när strömmen börjar röra sig från minus till plus uppstår en backström, som dioden inte släpper igenom. Du har förmodligen sett en graf över växelspänningen, en sådan vågig linje är en solform. Om du täcker bottenlinjen får du en pulserande ström. Det betyder att dioden har klippt av den nedre delen. Strömmen kommer bara att röra sig i en riktning - från plus till minus. Jag fattar? Låt oss nu gå vidare till transistorer.

Biopolära och fälteffekttransistorer

Så vi kommer till biopolära och fälteffekttransistorer. Vi kommer endast att studera biopolära transistorer, och vi kommer inte att röra fälteffekttransistorer för tillfället - vi kommer att lägga dem åt sidan för nästa lektion. Biopolära transistorer kallas ibland enkla transistorer. I allmänhet har vi redan studerat halvledare och deras egenskaper, liksom dioden och p-n-övergången. Nu kommer vi till en mer komplex struktur. Strukturera? Tror du vad det är, vi har redan studerat strukturen på dioden. Låt oss komma ihåg att strukturen är flera halvledare med antingen hålledningsförmåga eller elektronisk konduktivitet; denna struktur är bekant som en p-n-övergång. En enkel (bipolär) transistor har två strukturer. Dessa är p-n-p-struktur och n-p-n-struktur. Men du har inte studerat resultaten. Jo, naturligtvis, en enkel transistor, som en fälttransistor, har tre terminaler. Endast en vanlig transistor har ett annat namn på terminalerna och en annan funktionsprincip. Okej, låt oss titta på pnp-strukturen. Den första terminalen är basen, som har en styrström, den andra terminalen är emittern, interagerar med basen, och den tredje terminalen är kollektorn, den ökade strömmen tas bort från den. Låt oss nu bestämma var varje utgång är och vilket område den tillhör. Det första stiftet är basen, det tillhör det elektroniska området, det vill säga "n", sedan hör sändaren till det positiva stiftet, som är till vänster om basen, och uppsamlaren tillhör det positiva stiftet, vilket är till höger om basen.

Så låt oss förstå principen om transistorns drift. Om strömmen riktas till sändaren och till basen, kommer du att få en p-n-övergång, det kommer att finnas ett överskott av elektroner, som ett resultat kommer kollektorn att samla detta starka flöde av elektroner och strömmen kommer att förstärkas. Jag glömde att säga - en transistor, som en diod, kan vara i två tillstånd: stängd och öppen. Det är det, vi har behandlat transistorer och dioder, en ritning av två p-n-p och n-p-n strukturer visas nedan.