Тема 12: Полупроводниковые элементы

Полупроводниковые диоды – двухслойная структура, которая образуется в одном кристалле: один слой имеет электропроводимость типа n, другой – p. Эти слои разделены запирающим слоем, в котором сосредоточен пространственный заряд, положительно заряженный токами донорной примеси со стороны проводника n – типа и отрицательно заряженных ионов акцепторной примеси со стороны полупроводника p – типа. Эта структура называется n – p переходом или электронно – дырочным переходом.

Диод – двух электродный электронный прибор, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключаемый к отрицательному полюсу – катодом. Т.е. полупроводниковый диод может служить детектором, а также выпрямителем

переменного тока для питания электронных устройств. Обращение с полупроводниковым диодом требует осторожности, так как приложенное в непроводящем направлении напряжение не должно превышать некоторого предела. Выше этой величины создаваемый переходом потенциальный барьер разрушится – диод выйдет из строя.

Диоды бывают электровакуумными, газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковые и др.

• стабилитроны (диод Зенера), используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения;

• туннельные диоды (диоды Лео Эсаки). Диоды, существенно использующие квантово – механические эффекты. Имеют область “отрицательного сопротивления” на вольт – амперной характеристике. Применяют как усилители, генераторы и пр.;

• варикапы (диоды Джона Джеумма), используется то, что запертый р–n переход обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости;

• светодиоды (диоды Генри Раунда), в отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако, выпускаются и с излучениям в ИК диапазоне, а с недавних пор – и в УФ;

• полупроводниковые лазеры, по устройству близки к светодиодам, однако имеют оптический резонатор, излучают когерентный свет;

• фотодиод – открываются под действием света (заперт);

• солнечный элемент, подобен фотодиоду, но работает без смещения. Падающий на p–n переход свет вызывает движение электронов и генерацию частоты в СВЧ диапазоне.

• диод Шоттки – диод с малым падением напряжения при прямом включении;

• лавинный диод – диод, основанный на лавинном пробое обратного участка вольт- амперной характеристики. Применяется для защиты цепей от перенапряжений;

• лавинно – пролётный диод – диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Применяется для генерации колебания в СВЧ технике;

• магнитодиод – диод, вольт- амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p–n перехода;

• стабисторы, при работе используется участок ветви вольт- амперной характеристики, соответствующий “прямому напряжению” на диоде;

• смесительный диод предназначен для перемножения двух высокочастотных (ВЧ) сигналов;

• pin диод – содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.

Диодные переключатели применяются для коммутации ВЧ сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодные детекторы – диоды в сочетании с конденсаторами, применяются для выделения низкочастотной (НЧ) модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Применяются в радиоприёмных устройствах: радиоприёмниках, телевизорах и т.п., используется квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода.

На территории СССР система условных обозначений неоднократно претерпевала изменения. В настоящее время на радиорынках можно встретить полупроводниковые диоды, выпущенные на заводах СССР и с системой обозначений согласно отраслевого стандарта ГОСТ 11 336.919-81, базирующегося на ряде классификационных признаков изделий.

Первый элемент буквенно – цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод, например:

• А или 3 – соединения галлия (например, арсенид галлия);

• И или 4 – соединения индия (например, фосфид индия).

Второй элемент – буквенный индекс, определяющий подкласс приборов:

• Д – для обозначения выпрямительных, импульсных, магнитодиодов и термодиодов;

• С – стабилитронов, в том числе стабисторов и ограничителей;

• Л – излучающие оптоэлектронные приборы, генераторы шума;

Третий элемент (справочное) – цифра (или в случае оптопар – буква), определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия).

Четвёртый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия.

Пятый элемент – буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.

Кроме того, система обозначений предусматривает (в случае необходимости) введение в обозначение дополнительных знаков для выделения отдельных существенных конструктивно – технологических особенностей изделий.

Пример: ГД412А – диод универсальный, для устройств широкого применения, германиевый, выпрямительный, номер разработки 12, группа А.

Выпрямительные – для выпрямления переменного тока (I~) низкой частоты (до 50кГц), основной элемент – кремний.

Высокочастотные – для выпрямления токов в широком диапазоне (до 100МГц), для модуляции, детектирования и т.д.

Импульсные – для преобразования импульсных сигналов (в детекторах видеосигналов TV, логических устройствах и т.д.).

Схема импульсной диодной сборки, диодный мост

5. Транзисторы – электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими переходами, пригодный для усиления мощности, имеющий три и более вывода.

Биполярный транзистор – транзистор, в котором используются заряды носителей обеих полярностей. В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно-дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в нее вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом, получают транзистор типа p–n–p, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя – полупроводником с дырочной проводимостью, и транзистор типа n−p−n, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя – полупроводником с электронной проводимостью. Нижнюю область называют эмиттером, а верхнюю коллектором. На границах областей с различной проводимостью образуются два перехода. Переход, образованный вблизи эмиттера, называют эмиттерным, вблизи коллектора – коллекторным. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения. В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении.

Соответственно различают три режима работы транзистора:

– режим отсечки, когда оба перехода заперты;

–режим насыщения, когда оба перехода открыты;

–активный режим, когда эмиттерный переход частично открыт, а коллекторный заперт.

Если же эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный – в прямом, то транзистор работает в обращённом (инверсном) включении.

В основном транзистор используют в активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении на базу транзистора типа p–n–p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.

Транзисторы классифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия и т.д. По исходному материалу их делят на две группы: германиевые и кремниевые. Германиевые транзисторы работают в интервале температур от – 60 до + 85°С, кремниевые – от – 60 до + 150°С.

По диапазону частот: низких, средних, высоких частот.

– переключатели насыщенные, ненасыщенные, малотоковые.

Первый элемент – материал (может стоять М– модернизирован, разработан до 1964 года.):

Г– германий; К– кремний; А – соединение галлия.

Второй элемент – подкласс прибора: Т– биполярные; П– полевые;

4 и 5 – порядковый номер разработки и технологический тип;

6 – деление технологического типа (справочное)

Пример: ГТ –115А – широкое применение, германиевый, биполярный, низкочастотный, маломощный, № разработки – 15, группа А.

Проверка работоспособности проводится измерением токов, протекающих через переход в прямом и обратном направлении.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: