Полупроводниковые диоды.

Одним из самых распространенных видов полупроводниковых приборов являются полупроводниковые диоды – прибор с одним р – n переходом и двумя выводами.

В полупроводниковых диодах используется свойство р – n перехода. Хорошо проводить ток в одном направлении и плохо пропускать его в обратном. Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами полупроводникового диода называются прямыми и обратными, токами и напряжениями.

Для полупроводникового диода задают вольт-амперную характеристику. Вид вольт- амперной характеристики зависит от способа получения р – n перехода, концентрации свободных дырок и электронов, конструкции и т.д.

На рисунке изображена ВАХ германиевого диода и нарисовано условное изображение полупроводникового диода. Прямой ток в полупроводниковом диоде направлен от одного вывода к другому, которые соответственно называются анодным и катодным выводами. В качестве параметров, характеризующих нагрузочную способность полупроводникового диода, указывают:

- допустимый прямой ток I_пр.

- прямое напряжение U_пр.

- обратный ток I_обр.

- обратное напряжение U_обр.

-допустимая температура окружающей среды (до 50^о С для германиевых и до 140^о С для кремниевых диодов).

По типу конструкции перехода различают точечные и плоскостные полупроводниковые диоды.

Точечный диод – прибор, в котором все размеры электрического перехода меньше размеров областей, окружающих его и определяющих физические процессы в переходе.

Такой переход возникает, например, при вплавлении кончика металлической иглы в полупроводниковую пластину с одновременной присадкой лигирующего вещества. Из-за малой площади перехода, точечный диод относится к маломощным приборам и применяется главным образом в аппаратуре сверхвысокой частоты.

Плоскостный диод – прибор, в котором p-n переход возникает на значительной по площади границе между полупроводниками p- и n- типов.

В таких диодах переход получают путем сплавления пластин. Так как площадь p-n перехода большая, допустимая мощность рассеяния диодов малой мощности достигает 1 Вт, при прямом токе 1 А. такие плоскостные диоды часто применяют в цепях автоматики и приборостроения.

У плоскостных приборов большой мощности, допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при прямом токе до 1000 А и U_обр до 1500 В. Они применяются в основном в выпрямителях.

Так же большое применение нашли полупроводниковые стабилитроны, которые применяются для стабилизации напряжения в электрических цепях. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя p-n перехода при определенных значениях обратного напряжения.

Транзисторы

Транзисторы – полупроводниковые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов.

По принципу действия транзисторы делятся на биполярные и полевые.

Биполярный транзистор – это трехслойная структура, в которой слой полупроводника одного типа находится между двумя слоями полупроводника другого типа.

Принцип работы транзисторов p-n-p типа и n-p-n типа одинаков, различия заключаются лишь в полярности внешних источников напряжений и в направлении протекания токов через электроды.

Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков, то есть свободных дырок и электронов.

Средний слой транзистора называется базой, один крайний слой – коллектором, а другой крайний слой – эмиттером.

Каждый слой имеет свой вывод, с помощью которого транзистор подключается в цепь.

Исходными элементами простейшей схемы транзистора являются источник электроэнергии Е_к, включенный в цепь коллектора, и батарея смещения Е_э обеспечивающая положительный потенциал эмиттера по отношению к базе.

По отношению к переходу p-n у эмиттера батарея Е_э включена в прямом (проводящем) направлении.

По отношению к переходу p-n у коллектора батарея Е_к включена в обратном (непроводящем) направлении.

Пока цепь эмиттера выключена, в цепи коллектора ток очень мал, так как обратное сопротивление перехода p-n весьма велико. Для создания тока в цепи эмиттера достаточно небольшой э.д.с., так как переход p-n в этой цепи имеет малое прямое сопротивление.

Включение тока эмиттера вызывает сильное изменение сопротивления перехода в цепи коллектора и в ней возникает значительный ток I_к. изменения тока эмиттера вызывают пропорциональные изменения тока коллектора I_к. таким образом, ток I_э в цепи эмиттера, обладающий малым сопротивлением, управляет током в цепи коллектора, обладающей большим сопротивлением. Так как Е_к>>Е_э, то при одинаковом порядке изменения тока имеет место значительно большее изменение мощности в цепи коллектора: в нем и заключается усиление по мощности.