Тема 12 Напівпровідникові елементи

Напівпровідникові діоди – двошарова структура, яка утворюється в одному кристалі: один шар має електропровідність типу n, інший – p. Ці шари розділені замикаючим шаром, в якому зосереджений просторовий заряд, позитивно заряджений струмами донорної домішки з боку провідника n –типу й негативно заряджених іонів акцепторної домішки з боку напівпровідника р –типу. Ця структура називається n–р переходом або електронно-дірковий переходом (рис.79).

Діод – двох електродний електронний прилад, що володіє різною провідністю залежно від напряму електричного струму. Електрод діода, що підключається до позитивного полюса джерела струму, коли діод відкритий (тобто має маленький опір), називають анодом, що підключається до негативного полюса – катодом. Тобто напівпровідниковий діод може служити детектором, а також випрямлячем змінного струму для живлення електронних пристроїв. Поводження з напівпровідниковим діодом вимагає обережності, так як прикладена в непровідному напрямку напруга не повинна перевищувати деякої межі. Вище цієї величини створюваний переходом потенційний бар'єр зруйнується – діод вийде з ладу.

На рисунку 80 зображено схематичне позначення діода.

Діоди бувають електровакуумними, газонаповненими (газотрони, ігнітрони, стабілітрони), напівпровідникові та інші.

• стабілітрони (діод Зенера), використовується зворотня гілка характеристики діода з оборотним пробоєм для стабілізації напруги (рис.81);

Рисунок 81 – Структура стабілітрону та його вигляд

• тунельні діоди (діоди Лео Есаки). Діоди, суттєво використовують квантово-механічні ефекти. Мають область "негативного опору" на вольт-амперної характеристиці. Застосовують як підсилювачі, генератора, тощо;

• варикапи (діоди Джона Джеумма) – замкнений n–р перехід володіє великою ємністю, причому ємність залежить від прикладеної зворотної напруги. Застосовуються в якості конденсаторів змінної ємності;

• світлодіоди (діоди Генрі Раунду), на відміну від звичайних діодів, при рекомбінації електронів та дірок в переході випромінюють світло у видимому діапазоні, а не в інфрачервоному. Однак, випускаються й з випромінюванням в ІЧ діапазоні, а віднедавна – УФ (рис.82,83);

Рисунок 82 – Світлодіоди круглі, овальні, серії Р4, SMD;

• напівпровідникові лазери, близькі до світлодіодів, проте мають оптичний резонатор, випромінюють когерентне світло;

• фотодіод – відкриваються під дією світла (замкнений);

• сонячний елемент, подібний до фотодіоду, але працює без зміщення. Cвітло, яке падає на р–n перехід, викликає рух електронів і генерацію частоти в НВЧ діапазоні;

• діод Шоттки – діод з малим падінням напруги при прямому включенні;

• лавинний діод – діод, заснований на лавинному пробої зворотного ділянки вольт-амперної характеристики. Застосовується для захисту ланцюгів від перенапруг;

• лавинно-пролітний діод – діод, заснований на лавинному множенні носіїв заряду. Застосовується для генерації коливання в НВЧ техніці;

• магнітодіод – діод, вольт-амперна характеристика якого істотно залежить від значення індукції магнітного поля та розташування його вектора відносно площини р–n переходу (рис.84);

• стабистор, при роботі використовує ділянку гілки вольт-амперної характеристики, відповідний "прямій напрузі" на діод;

• змішувальний діод призначений для перемноження двох ВЧ сигналів;

• pin діод – містить область власної провідності між дуже легованими областями. Використовується в СВЧ техніці, силовій електроніці, як фотодетектор;

Діодні перемикачі застосовуються для комутації ВЧ сигналів. Управління здійснюється постійним струмом, поділ ВЧ і керуючого сигналу за допомогою конденсаторів та індуктивності.

Діодні детектори – діоди в поєднанні з конденсаторами, застосовуються для виділення НЧ модуляції з амплітудно-модульованого радіосигналу або інших модульованих сигналів. Застосовуються в радіоприймальних пристроях: радіоприймачах, телевізорах, тощо, використовується квадратична ділянка вольт-амперної характеристики діода.

На території СРСР система умовних позначень неодноразово зазнавала змін. В даний час на радіоринку можна зустріти напівпровідникові діоди, випущені на заводах СРСР та за системою позначень згідно галузевого стандарту ДСТУ 11 336.919-81, що базується на ряді класифікаційних ознак виробів.

Перший елемент буквено-цифрового коду позначає вихідний матеріал (напівпровідник), на основі якого виготовлений діод, наприклад:

• А або 3 – з'єднання галію (наприклад, арсенід галію);

• І або 4 – сполуки індію (наприклад, фосфід індію).

Другий елемент – буквений індекс, що визначає підклас приладів:

• Д – для позначення випрямних, імпульсних, магнітодіоду та термодіоду;

• С – стабілітронів, в тому числі стабісторів й обмежувачів;

• Л – випромінюючі оптоелектронні прилади, генератори шуму;

Третій елемент (довідковий) – цифра (або у випадку оптопар – літера), що визначає один з основних ознак приладу (параметр, призначення або принцип дії).

Четвертий елемент – число, що означає порядковий номер розробки технологічного типу виробу.

П'ятий елемент – літерний індекс, умовно визначає класифікацію за параметрами діодів, виготовлених за єдиною технологією.

Крім того, система позначень передбачає (у разі необхідності) введення в позначення додаткових знаків для виділення окремих істотних конструктивно-технологічних особливостей виробів.

Приклад: ГД412А – діод універсальний, для пристроїв широкого застосування, германієвий, випрямляючий, номер розробки 12, група А.

Випрямляючі – для випрямлення змінного струму (I ~) низької частоти (до 50кГц), основний елемент – кремній.

Високочастотні – для випрямляння струмів в широкому діапазоні (до 100Мгц), для модуляції, детектування, тощо.

Імпульсні – для перетворення імпульсних сигналів (в детекторах відеосигналів TV, логічних пристроях, тощо). На рисунку 85 зображено імпульсні діодні збірки та діодні мости.

Рисунок 85 − Схема імпульсної діодної збірки, діодний міст

Транзистори –електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з одним або декількома переходами, придатний для посилення потужності, має три або більше виводів.

Біполярний транзистор – транзистор, в якому використовуються заряди носіїв обох полярностей. На відміну від напівпровідникових діодів біполярні транзистори мають два електронно-діркових переходів. Основою приладу служить пластина напівпровідника, має назву база (Б). З двох сторін у неї вплавлена домішка, що створює області з провідністю, відмінної від провідності бази. Таким чином, отримують транзистор типу р–n–р, коли крайні області є напівпровідниками з електронною провідністю, а середня – напівпровідником з дірковою провідністю. А також, транзистор типу n−p−n, коли крайні області є напівпровідниками з дірковою провідністю, а середня − напівпровідником з електронною провідністю. Нижню область називають емітером (Е), а верхню колектором (К). На кордонах областей з різною провідністю утворюються два переходи. Перехід, утворений поблизу емітеру, називають емітерним, поблизу колектору − колекторним. При використанні транзистору в схемах на його переходи подають зовнішню напругу. Залежно від полярності цих напруг кожен з переходів може бути включений або в прямому, або в зворотному напрямку.

Відповідно розрізняють три режими роботи транзистору:

− режим відсічки, коли обидва перехода замкнені;

− режим насичення, коли обидва переходу відімкнуті;

− активний режим, коли емітерний перехід частково відімкнут, а колекторний замкнений.

Якщо ж емітерний перехід зміщений у зворотному напрямку, а колекторний − у прямому, то транзистор працює в зверненому (інверсному) включенні.

Переважно транзистор використовують в активному режимі, де для зміщення емітерного переходу в прямому напрямку на базу транзистору типу p−n−p подається негативна напруга щодо емітеру. Напруга на колекторі зазвичай у кілька разів більше напруги на емітері.

Транзистори класифікуються по вихідному матеріалу, потужності розсіювання, діапазону робочих частот, за принципом дії, тощо.

За вихідним матеріалом їх поділяють на дві групи: германієві та кремнієві. Германієві транзистори працюють в інтервалі температур від − 60 до +85°С, кремнієві − від −60 до +150°С. За діапазоном частот: низьких, середніх, високих частот.

− перемикачі насичені, ненасичені, мало струмові.

Перший елемент − матеріал (може стояти літера М – модернізований, розроблені до 1964 року):

Г або 1 − германій; К або 2 − кремній; А або 3 − з'єднання галію.

4 і 5 − порядковий номер розробки та технологічний тип;

6 − розподіл технологічного типу (довідковий).

Приклад: ГТ-115А − широке застосування, германієвий, біполярний, низькочастотний, малопотужний, № розробки − 15, група А.

Перевірка працездатності проводиться виміром струмів, що протікають через перехід в прямому та зворотному напрямку.

На рисунку 86 зображено схематичне позначення та розпіновка транзисторів.

Рисунок 86 – Розпіновка транзисторів КТ315, КТ361, ВС547

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

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...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

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