Pusvadītāju diode sauc par divu elektrodu ierīci ar vienvirziena vadītspēju. Tās dizains ir balstīts uz līdzsvaru R-n pāreja. Pamatojoties uz krustojuma veidošanās raksturu, diodes iedala punktveida un plakanās.

Pusvadītāju triodes tiek plaši izmantotas elektrisko svārstību pārveidošanai, pastiprināšanai un ģenerēšanai - tranzistori. Lai tranzistors darbotos, ir nepieciešami divi elektronu caurumu savienojumi. Germānija bieži tiek izmantota kā pusvadītājs.

Tranzistoros, kas izmanto n-р-n krustojums, pusvadītājs R-tips atrodas starp pusvadītājiem n-tipa, Plakanā bipolārā tranzistora konstrukcija ir parādīta 2.7. attēlā.

Rīsi. 2.7. Tranzistora ierīces princips un tranzistoru attēls diagrammās.

Šajā tranzistorā n-р-n tipam ir vidējais apgabals ar caurumu vadītspēju un divi ārējie apgabali ar elektronisko vadītspēju. Tranzistora vidējo reģionu sauc - bāze, viena galējā zona - emitētājs , cits - kolekcionārs. Tādējādi tranzistoram ir divi n-r pāreja: emitētājs– starp emitētāju un bāzi un kolekcionārs- starp pamatni un kolektoru. Attālumam starp tiem jābūt ļoti mazam, ne vairāk kā dažiem mikrometriem, t.i. Pamatnes laukumam jābūt ļoti plānam. Tas ir nosacījums labai tranzistora darbībai. Turklāt piemaisījumu koncentrācija bāzē vienmēr ir ievērojami mazāka nekā kolektorā un emitētājā. Tranzistoru shematiskajos attēlos bultiņa parāda strāvas virzienu (nosacīts, no plusa līdz mīnusam) emitera vadā ar priekšējo spriegumu emitētāja krustojumā.

Apskatīsim tranzistora darbību bezslodzes režīmā, kad ir ieslēgti tikai konstanta barošanas sprieguma E 1 un E 2 avoti (2.8. attēls).

To polaritāte ir tāda, ka emitera krustojumā spriegums ir uz priekšu, bet kolektora krustojumā tas ir apgriezts. Tāpēc emitētāja savienojuma pretestība ir zema un, lai šajā savienojumā iegūtu normālu strāvu, pietiek ar spriegumu E 1 no volta desmitdaļām. Kolektora savienojuma pretestība ir augsta, un spriegums E2 parasti ir daži vai desmiti voltu.

Rīsi. 2.8. Elektronu un caurumu kustība n-p-n tranzistorā.

Tranzistora darbības princips ir tāds, ka emitera krustojuma, t.i., bāzes-emitera sekcijas, tiešais spriegums būtiski ietekmē kolektora strāvu: jo lielāks šis spriegums, jo lielākas ir emitētāja un kolektora strāvas. Šajā gadījumā kolektora strāvas izmaiņas ir tikai nedaudz mazākas nekā emitētāja strāvas izmaiņas. Tādējādi spriegums starp bāzi un emitētāju E 1, t.i. ieejas spriegums kontrolē kolektora strāvu. Elektrisko svārstību pastiprināšana, izmantojot tranzistoru, balstās tieši uz šo parādību.

Fiziskie procesi tranzistorā notiek šādi. Palielinoties tiešajam ieejas spriegumam E1, potenciālā barjera emitētāja savienojumā samazinās un attiecīgi palielinās strāva caur šo savienojumu - emitētāja strāva i uh. Šīs strāvas elektroni tiek ievadīti no emitētāja bāzē un difūzijas dēļ caur pamatni iekļūst kolektora savienojumā, palielinot kolektora strāvu. Tā kā kolektora pāreja darbojas ar apgrieztu spriegumu, šajā krustojumā parādās telpas lādiņi, kas attēlā parādīti ar apļiem ar zīmēm “+” un “–”. Starp tiem rodas elektriskais lauks. Tas veicina elektronu kustību (ekstrakciju) caur kolektora savienojumu, kas šeit ieradās no emitētāja, t.i. ievelk elektronus kolektora savienojuma reģionā.

Ja pamatnes biezums ir pietiekami mazs un caurumu koncentrācija tajā ir zema, tad lielākajai daļai elektronu, izejot cauri pamatnei, nav laika rekombinēties ar pamatnes caurumiem un sasniegt kolektora savienojumu. Tikai neliela daļa elektronu rekombinējas ar caurumiem pamatnē. Rekombinācijas rezultātā bāzes vadā plūst bāzes strāva. Patiešām, līdzsvara stāvoklī caurumu skaitam pamatnē vajadzētu palikt nemainīgam. Rekombinācijas dēļ ik sekundi pazūd vairāki caurumi, bet tikpat daudz jaunu caurumu parādās tāpēc, ka tikpat daudz elektronu atstāj bāzi virzienā uz avota polu E 1. Citiem vārdiem sakot, daudzi elektroni nevar uzkrāties bāzē.

Ja pamatnei būtu ievērojams biezums un tajā būtu liela caurumu koncentrācija, tad lielākā daļa emitētāja strāvas elektronu, izkliedējot caur pamatni, rekombinētos ar caurumiem un nesasniegtu kolektora savienojumu.

Ieejas sprieguma ietekmē no emitētāja puses bāzes reģionā tiek ievadīta ievērojama emitētāja strāva, kas ir mazākuma nesēji šim reģionam. Ja nav laika apvienoties ar caurumiem difūzijas laikā caur pamatni, tie sasniedz kolektora savienojumu. Jo lielāka ir emitētāja strāva, jo vairāk elektronu nonāk kolektora savienojumā un jo mazāka kļūst tā pretestība. Attiecīgi palielinās kolektora strāva. Citiem vārdiem sakot, palielinoties emitētāja strāvai bāzē, palielinās mazākuma nesēju koncentrācija, kas tiek ievadīta no emitētāja, un, jo vairāk šo nesēju, jo lielāka ir kolektora savienojuma strāva, t.i. kolektora strāva es uz .

Jāņem vērā, ka emitētāju un kolektoru var samainīt (tā sauktais apgrieztais režīms). Bet uz tranzistoriem, kā likums, kolektora savienojums ir izgatavots ar daudz lielāku laukumu nekā emitera pāreja, jo kolektora savienojumā izkliedētā jauda ir daudz lielāka nekā emitētāja pārejā izkliedētā jauda. Tāpēc, ja izmantojat emitētāju kā kolektoru, tranzistors darbosies, taču to var izmantot tikai ar ievērojami mazāku jaudu, kas ir nepraktiski. Ja savienojuma zonas ir identiskas (šajā gadījumā tiek saukti tranzistori simetrisks), tad jebkurš no galējiem reģioniem var darboties kā izstarotājs vai savācējs tikpat veiksmīgi.

Mēs pārbaudījām fizikālās parādības n-p-n tranzistorā. Līdzīgi procesi notiek arī p-n-p tranzistorā, taču tajā mainās elektronu un caurumu lomas, un mainās sprieguma polaritātes un strāvas virzieni uz pretējo.

Trīs visizplatītākie tranzistoru ieslēgšanas veidi ir:

- kopējā bāzes ķēde, kad emitera ieeja un kolektora izeja

savienots ar kopēju bāzi;

- kopējā emitētāja ķēdē kolektora izejas ķēde

savienojas ar emitētāju, nevis pamatni;

- kopējā kolektora ķēde, citādi saukts par emitera atkārtojumu.

Secinājums: 1. Piemaisījumu klātbūtne pusvadītājos izraisa vienlīdzības pārkāpumu starp caurumu skaitu un elektroniem, un elektrisko strāvu veidos galvenokārt vienas zīmes lādiņi atkarībā no tā, kas dominē pusvadītājā.

2. Jebkuras pusvadītāju ierīces konstrukcijas pamatā ir līdzsvars R-n pārejas.

Sagatavots

10. "A" klases skolnieks

Skola Nr.610

Ivčins Aleksejs

Abstrakts par tēmu:

"Pusvadītāju diodes un tranzistori, to pielietojuma jomas"

1. Pusvadītāji: teorija un īpašības

2. Pamata pusvadītāju ierīces (struktūra un pielietojums)

3. Pusvadītāju ierīču veidi

4. Ražošana

5. Piemērošanas joma

1. Pusvadītāji: teorija un īpašības

Vispirms jums jāiepazīstas ar vadītspējas mehānismu pusvadītājos. Un, lai to izdarītu, jums ir jāsaprot saišu raksturs, kas satur pusvadītāju kristāla atomus blakus viens otram. Piemēram, apsveriet silīcija kristālu.

Silīcijs ir četrvērtīgs elements. Tas nozīmē, ka ārējā

atoma apvalkā ir četri elektroni, salīdzinoši vāji saistīti

ar kodolu. Katra silīcija atoma tuvāko kaimiņu skaits ir arī vienāds ar

četri. Blakus esošo atomu pāra mijiedarbība tiek veikta, izmantojot

paionoelektroniskā saite, ko sauc par kovalento saiti. Izglītībā

šī saite no katra atoma ietver vienu valences elektronu, ko-

kas atdalās no atomiem (kolektivizē kristāls) un kad

savā kustībā viņi lielāko daļu laika pavada telpā starp

blakus esošie atomi. To negatīvais lādiņš notur pozitīvos silīcija jonus blakus viens otram. Katrs atoms veido četras saites ar saviem kaimiņiem,

un jebkurš valences elektrons var pārvietoties pa vienu no tiem. Sasniedzis blakus esošo atomu, tas var pāriet uz nākamo un tad tālāk pa visu kristālu.

Valences elektroni pieder visam kristālam. Silīcija pāru-elektronu saites ir diezgan spēcīgas un nesadalās zemā temperatūrā. Tāpēc silīcijs zemā temperatūrā nevada elektrisko strāvu. Atomu savienošanā iesaistītie valences elektroni ir stingri piesaistīti kristāliskajam režģim, un ārējam elektriskajam laukam nav manāmas ietekmes uz to kustību.

Elektroniskā vadītspēja.

Silīciju karsējot, palielinās daļiņu kinētiskā enerģija, un

atsevišķi savienojumi ir bojāti. Daži elektroni atstāj savu orbītu un kļūst brīvi, piemēram, elektroni metālā. Elektriskajā laukā tie pārvietojas starp režģa mezgliem, veidojot elektrisko strāvu.

Pusvadītāju vadītspēja brīvo metālu klātbūtnes dēļ

elektronus elektronus sauc par elektronu vadītspēju. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās salauzto saišu un līdz ar to arī brīvo elektronu skaits. Sildot no 300 līdz 700 K, brīvo lādiņu nesēju skaits palielinās no 10,17 līdz 10,24 1/m.3. Tas noved pie pretestības samazināšanās.

Caurumu vadītspēja.

Kad saite tiek pārtraukta, veidojas brīva vieta ar trūkstošu elektronu.

To sauc par caurumu. Caurumam ir pārmērīgs pozitīvais lādiņš, salīdzinot ar citām, parastajām saitēm. Cauruma stāvoklis kristālā nav nemainīgs. Sekojošais process notiek nepārtraukti. Viens

no elektroniem, kas nodrošina atomu savienojumu, lec uz apmaiņas vietu

izveidoja caurumus un atjauno pāra elektronisko saikni šeit.

un no kurienes šis elektrons izlēca, veidojas jauns caurums. Tātad

Tādējādi caurums var pārvietoties pa visu kristālu.

Ja elektriskā lauka stiprums paraugā ir nulle, tad caurumu kustība, kas ir ekvivalenta pozitīvo lādiņu kustībai, notiek nejauši un tāpēc nerada elektrisko strāvu. Elektriskā lauka klātbūtnē notiek sakārtota caurumu kustība, un tādējādi brīvo elektronu elektriskajai strāvai tiek pievienota elektriskā strāva, kas saistīta ar caurumu kustību. Caurumu kustības virziens ir pretējs elektronu kustības virzienam.

Tātad pusvadītājos ir divu veidu lādiņu nesēji: elektroni un caurumi. Tāpēc pusvadītājiem ir ne tikai elektroniska, bet arī caurumu vadītspēja. Vadītspēja šādos apstākļos tiek saukta par pusvadītāju iekšējo vadītspēju. Pusvadītāju iekšējā vadītspēja parasti ir zema, jo brīvo elektronu skaits ir mazs, piemēram, germānijā istabas temperatūrā ne = 3 uz 10 in 23 cm in –3. Tajā pašā laikā germānija atomu skaits 1 kubikcm ir aptuveni 10 no 23. Tādējādi brīvo elektronu skaits ir aptuveni viena desmitmiljardā daļa no kopējā atomu skaita.

Pusvadītāju būtiska iezīme ir tā, ka tie

piemaisījumu klātbūtnē kopā ar iekšējo vadītspēju,

papildu - piemaisījumu vadītspēja. Mainot koncentrāciju

piemaisījumus, jūs varat būtiski mainīt lādiņu nesēju skaitu

vai cita zīme. Pateicoties tam, ir iespējams izveidot pusvadītājus ar

dominējošā koncentrācija ir negatīva vai pozitīva

spēcīgi uzlādēti nesēji. Šī pusvadītāju iezīme ir atklāta

sniedz plašas iespējas praktiskai pielietošanai.

Donoru piemaisījumi.

Izrādās, ka piemaisījumu, piemēram, arsēna atomu, klātbūtnē pat ļoti zemās koncentrācijās brīvo elektronu skaits palielinās

daudzas reizes. Tas notiek šāda iemesla dēļ. Arsēna atomiem ir pieci valences elektroni, no kuriem četri ir iesaistīti kovalentās saites veidošanā starp šo atomu un apkārtējiem atomiem, piemēram, ar silīcija atomiem. Piektais valences elektrons, šķiet, ir vāji saistīts ar atomu. Tas viegli atstāj arsēna atomu un kļūst brīvs. Brīvo elektronu koncentrācija ievērojami palielinās un kļūst tūkstoš reižu lielāka nekā brīvo elektronu koncentrācija tīrā pusvadītājā. Piemaisījumus, kas viegli nodod elektronus, sauc par donoru piemaisījumiem, un šādi pusvadītāji ir n tipa pusvadītāji. N tipa pusvadītājos elektroni ir lielākā daļa lādiņu nesēju, un caurumi ir mazākuma lādiņu nesēji.

Akceptoru piemaisījumi.

Ja indiju, kura atomi ir trīsvērtīgi, izmanto kā piemaisījumu, tad mainās pusvadītāja vadītspējas raksturs. Tagad, lai veidotu parastās pāra elektroniskās saites ar kaimiņiem, indija atoms to nedara

iegūst elektronu. Tā rezultātā veidojas caurums. Caurumu skaits kristālā

talums ir vienāds ar piemaisījumu atomu skaitu. Šāda veida piemaisījumi ir

sauc par akceptoru (saņemšanu). Elektriskā lauka klātbūtnē

caurumi sajaucas visā laukā un notiek caurumu vadītspēja. Pēc-

pusvadītāji ar caurumu vadītspēju pārsvarā pār elektroniem

Tos sauc par p-veida pusvadītājiem (no vārda positiv — pozitīvs).

2. Pamata pusvadītāju ierīces (struktūra un pielietojums)

Ir divas pamata pusvadītāju ierīces: diode un tranzistors.

Strāvas-sprieguma raksturlielums tiešajiem un apgrieztajiem savienojumiem ir parādīts 2. attēlā.

Tās nomainīja lampas un ļoti plaši tiek izmantotas tehnoloģijās, galvenokārt, diodes ir atradušas pielietojumu dažādās ierīcēs.

Tranzistors.

Kreisais pn krustojums ir tiešs un atdala bāzi no p veida reģiona, ko sauc par emitētāju. Ja nebūtu pareizā p–n savienojuma, emitētāja-bāzes ķēdē būtu strāva atkarībā no avotu sprieguma (akumulators B1 un maiņstrāvas avota).

pretestība) un ķēdes pretestība, ieskaitot zemu tiešo pretestību

Sagatavots

10. "A" klases skolnieks

Skola Nr.610

Ivčins Aleksejs

Abstrakts par tēmu:

"Pusvadītāju diodes un tranzistori, to pielietojuma jomas"

1. Pusvadītāji: teorija un īpašības
2. Pamata pusvadītāju ierīces (struktūra un pielietojums)
3. Pusvadītāju ierīču veidi
4. Ražošana
5. Piemērošanas joma

1. Pusvadītāji: teorija un īpašības

Vispirms jums jāiepazīstas ar vadītspējas mehānismu pusvadītājos. Un, lai to izdarītu, jums ir jāsaprot saišu raksturs, kas satur pusvadītāju kristāla atomus blakus viens otram. Piemēram, apsveriet silīcija kristālu.

Silīcijs ir četrvērtīgs elements. Tas nozīmē, ka ārējā

Atoma apvalkā ir četri elektroni, kas ir salīdzinoši vāji saistīti ar kodolu. Katra silīcija atoma tuvāko kaimiņu skaits ir arī četri. Blakus esošo atomu pāra mijiedarbība tiek veikta, izmantojot polielektronisko saiti, ko sauc par kovalento saiti. Šīs saites veidošanā no katra atoma piedalās viens valences elektrons, kas atdalās no atomiem (kolektivizē kristāls) un to kustības laikā lielāko daļu laika pavada telpā starp blakus esošajiem atomiem. To negatīvais lādiņš notur pozitīvos silīcija jonus blakus viens otram. Katrs atoms veido četras saites ar saviem kaimiņiem, un jebkurš valences elektrons var pārvietoties pa vienu no tiem. Sasniedzis blakus esošo atomu, tas var pāriet uz nākamo un tad tālāk pa visu kristālu.
Valences elektroni pieder visam kristālam. Silīcija pāru-elektronu saites ir diezgan spēcīgas un nesadalās zemā temperatūrā. Tāpēc silīcijs zemā temperatūrā nevada elektrisko strāvu. Atomu savienošanā iesaistītie valences elektroni ir stingri piesaistīti kristāliskajam režģim, un ārējam elektriskajam laukam nav manāmas ietekmes uz to kustību.

Elektroniskā vadītspēja.
Silīciju karsējot, daļiņu kinētiskā enerģija palielinās un atsevišķās saites pārtrūkst. Daži elektroni atstāj savu orbītu un kļūst brīvi, piemēram, elektroni metālā. Elektriskajā laukā tie pārvietojas starp režģa mezgliem, veidojot elektrisko strāvu.
Pusvadītāju vadītspēju, ko izraisa brīvo elektronu klātbūtne metālos, sauc par elektronisko vadītspēju. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās salauzto saišu un līdz ar to arī brīvo elektronu skaits. Sildot no 300 līdz 700 K, brīvo lādiņu nesēju skaits palielinās no 10,17 līdz 10,24 1/m.3. Tas noved pie pretestības samazināšanās.

Caurumu vadītspēja.

Kad saite tiek pārtraukta, veidojas brīva vieta ar trūkstošu elektronu.
To sauc par caurumu. Caurumam ir pārmērīgs pozitīvais lādiņš, salīdzinot ar citām, parastajām saitēm. Cauruma stāvoklis kristālā nav nemainīgs. Sekojošais process notiek nepārtraukti. Viens no elektroniem, kas nodrošina atomu savienojumu, lec izveidoto caurumu vietā un atjauno šeit pāra-elektronu saiti. un no kurienes šis elektrons izlēca, veidojas jauns caurums. Tādējādi caurums var pārvietoties pa visu kristālu.
Ja elektriskā lauka stiprums paraugā ir nulle, tad caurumu kustība, kas ir ekvivalenta pozitīvo lādiņu kustībai, notiek nejauši un tāpēc nerada elektrisko strāvu. Elektriskā lauka klātbūtnē notiek sakārtota caurumu kustība, un tādējādi brīvo elektronu elektriskajai strāvai tiek pievienota elektriskā strāva, kas saistīta ar caurumu kustību. Caurumu kustības virziens ir pretējs elektronu kustības virzienam.
Tātad pusvadītājos ir divu veidu lādiņu nesēji: elektroni un caurumi. Tāpēc pusvadītājiem ir ne tikai elektroniska, bet arī caurumu vadītspēja. Vadītspēja šādos apstākļos tiek saukta par pusvadītāju iekšējo vadītspēju. Pusvadītāju iekšējā vadītspēja parasti ir zema, jo brīvo elektronu skaits ir mazs, piemēram, germānijā istabas temperatūrā ne = 3 uz 10 in 23 cm in –3. Tajā pašā laikā germānija atomu skaits 1 kubikcm ir aptuveni 10 no 23. Tādējādi brīvo elektronu skaits ir aptuveni viena desmitmiljardā daļa no kopējā atomu skaita.

Pusvadītāju būtiska iezīme ir tā, ka piemaisījumu klātbūtnē kopā ar savu vadītspēju parādās papildu - piemaisījumu vadītspēja. Mainot piemaisījumu koncentrāciju, var būtiski mainīt vienas vai otras zīmes lādiņnesēju skaitu. Pateicoties tam, ir iespējams izveidot pusvadītājus ar dominējošu negatīvi vai pozitīvi lādētu nesēju koncentrāciju. Šī pusvadītāju īpašība paver plašas iespējas praktiskiem pielietojumiem.

Donoru piemaisījumi.
Izrādās, ka piemaisījumu, piemēram, arsēna atomu, klātbūtnē pat ļoti zemās koncentrācijās brīvo elektronu skaits palielinās daudzkārt. Tas notiek šāda iemesla dēļ. Arsēna atomiem ir pieci valences elektroni, no kuriem četri ir iesaistīti kovalentās saites veidošanā starp šo atomu un apkārtējiem atomiem, piemēram, ar silīcija atomiem. Piektais valences elektrons, šķiet, ir vāji saistīts ar atomu. Tas viegli atstāj arsēna atomu un kļūst brīvs. Brīvo elektronu koncentrācija ievērojami palielinās un kļūst tūkstoš reižu lielāka nekā brīvo elektronu koncentrācija tīrā pusvadītājā. Piemaisījumus, kas viegli nodod elektronus, sauc par donoru piemaisījumiem, un šādi pusvadītāji ir n tipa pusvadītāji. N tipa pusvadītājos elektroni ir lielākā daļa lādiņu nesēju, un caurumi ir mazākuma lādiņu nesēji.

Akceptoru piemaisījumi.
Ja indiju, kura atomi ir trīsvērtīgi, izmanto kā piemaisījumu, tad mainās pusvadītāja vadītspējas raksturs. Tagad, lai veidotu parastās pāra elektroniskās saites ar kaimiņiem, indija atomam trūkst elektronu. Tā rezultātā veidojas caurums. Caurumu skaits kristālā ir vienāds ar piemaisījumu atomu skaitu. Šāda veida piemaisījumus sauc par akceptoru piemaisījumiem. Elektriskā lauka klātbūtnē caurumi pārvietojas pa lauku un notiek caurumu vadītspēja. Pusvadītājus ar caurumu vadītspēju pārsvaru pār elektronu vadītspēju sauc par p tipa pusvadītājiem (no vārda pozitīvs — pozitīvs).

2. Pamata pusvadītāju ierīces (struktūra un pielietojums)
Ir divas pamata pusvadītāju ierīces: diode un tranzistors.

Diode.
Mūsdienās diodes arvien vairāk izmanto pusvadītājos, lai iztaisnotu elektrisko strāvu radio ķēdēs, kā arī divu elektrodu lampas, jo tām ir vairākas priekšrocības. Vakuuma caurulē lādiņnesēju elektroni tiek izveidoti, karsējot katodu. P-n savienojumā lādiņnesēji veidojas, kad kristālā tiek ievadīts akceptors vai donoru piemaisījums Tādējādi nav nepieciešams enerģijas avots, lai iegūtu lādiņnesējus. Sarežģītās ķēdēs no tā izrietošais enerģijas ietaupījums izrādās ļoti nozīmīgs. Turklāt pusvadītāju taisngrieži ar vienādām taisnās strāvas vērtībām ir miniatūrāki nekā cauruļu taisngrieži.

Strāvas-sprieguma raksturlielums tiešajiem un apgrieztajiem savienojumiem ir parādīts 2. attēlā.

Tās nomainīja lampas un ļoti plaši tiek izmantotas tehnoloģijās, galvenokārt, diodes ir atradušas pielietojumu dažādās ierīcēs.

Tranzistors.
Apskatīsim viena veida tranzistoru, kas izgatavots no germānija vai silīcija ar donoru un akceptoru piemaisījumiem. Piemaisījumu sadalījums ir tāds, ka starp diviem p-tipa pusvadītāju slāņiem tiek izveidots ļoti plāns (vairāku mikrometru lielums) n-veida pusvadītāja slānis. 3.
Šo plāno kārtu sauc par pamatu vai pamatni, kristālā veidojas divi p-n krustojumi, kuru tiešie virzieni ir pretēji. Trīs spailes no zonām ar dažāda veida vadītspēju ļauj iekļaut tranzistoru ķēdē, kas parādīta 3. attēlā. Izmantojot šo savienojumu, kreisais p-n savienojums ir tiešs un atdala bāzi no zonas ar p veida vadītspēju, ko sauc par emitētāju. Ja nebūtu tiesību p –n
-pāreja, emitētājs-bāzes ķēdē būtu strāva atkarībā no avotu (akumulatora B1 un maiņstrāvas sprieguma avota) sprieguma un ķēdes pretestības, ieskaitot tiešā emitētāja-bāzes savienojuma zemo pretestību. Akumulators B2 ir pievienots tā, ka labais pn pāreja ķēdē (sk. 3. att.) ir apgriezta. Tas atdala pamatni no labā p veida reģiona, ko sauc par kolektoru. Ja nebūtu kreisā pn krustojuma, strāvas stiprums kolektora ķēdē būtu tuvu nullei. Tā kā reversā krustojuma pretestība ir ļoti augsta. Kad kreisajā p-n krustojumā ir strāva, kolektora ķēdē parādās strāva, un strāvas stiprums kolektorā ir tikai nedaudz mazāks par strāvas stiprumu emitētājā p-tipa pusvadītāja galvenie nesēji - caurumi iespiežas pamatnē, VDR tie jau ir galvenie nesēji. Tā kā pamatnes biezums ir ļoti mazs un galveno nesēju (elektronu) skaits tajā ir mazs, caurumi, kas tajā nonāk, gandrīz nesavienojas (nepārkombinējas) ar pamatnes elektroniem un iekļūst kolektorā. uz difūziju. Labais pn pāreja ir slēgta galvenajiem bāzes lādiņnesējiem - elektroniem, bet ne caurumiem. Kolektorā caurumus aiznes elektriskais lauks un pabeidz ķēdi.
Strāvas stiprums, kas no pamatnes sazarojas emitera ķēdē, ir ļoti mazs, jo pamatnes šķērsgriezuma laukums horizontālajā (sk. 3. att.) plaknē ir daudz mazāks nekā šķērsgriezums vertikālajā plaknē. . Strāvas stiprums kolektorā, gandrīz vienāds ar strāvas stiprumu emitētājā, mainās līdz ar strāvu emitētājā.
Rezistora R pretestība maz ietekmē strāvu kolektorā, un šo pretestību var padarīt diezgan lielu. Kontrolējot emitētāja strāvu, izmantojot maiņstrāvas avotu, kas savienots ar tā ķēdi, mēs iegūstam sinhronas izmaiņas spriegumam pāri rezistoram. Ja rezistora pretestība ir liela, sprieguma izmaiņas tajā var būt desmitiem tūkstošu reižu lielākas nekā signāla izmaiņas emitera ķēdē. Tas nozīmē sprieguma pieaugumu. Tāpēc, izmantojot slodzi R, ir iespējams iegūt elektriskos signālus, kuru jauda ir daudzkārt lielāka par jaudu, kas nonāk emitera ķēdē. Tie aizstāj vakuuma caurules un tiek plaši izmantoti tehnoloģijā.

3. Pusvadītāju ierīču veidi.
Papildus plakanajām diodēm (8. att.) un tranzistoriem ir arī punktveida diodes (4. att.). Punktu tranzistori (struktūru skatīt attēlā) pirms lietošanas tiek formēti, t.i. izlaiž noteikta lieluma strāvu, kā rezultātā zem stieples gala veidojas laukums ar caurumu vadītspēju. Tranzistori ir p-n-p un n-p-n tipa. Apzīmējums un kopskats 5. attēlā.
Ir foto, termistori un varistori, kā parādīts attēlā. Plakanās diodes ietver selēna taisngriežus. Šādas diodes pamatā ir tērauda paplāksne, kas no vienas puses pārklāta ar selēna slāni, kas ir pusvadītājs ar caurumu vadītspēju (sk. 7. att.). Selēna virsma tiek pārklāta ar kadmija sakausējumu, kā rezultātā veidojas plēve ar elektronisko vadītspēju, kā rezultātā veidojas taisngriežu strāvas pāreja Jo lielāks laukums, jo lielāka ir taisnes strāva.

4. Ražošana
Diodes ražošanas tehnoloģija ir šāda. Indija gabals tiek izkausēts uz kvadrātveida plāksnes virsmas, kuras laukums ir 2–4 cm2 un biezums ir vairākas milimetra frakcijas, izgriezts no pusvadītāju kristāla ar elektronisku vadītspēju. Indijs ir stingri leģēts ar plāksni. Šajā gadījumā indija atomi iekļūst
(izkliedēt) plāksnes biezumā, veidojot tajā apgabalu ar pārsvaru cauruma vadītspēju, 6. att. Tā rezultātā tiek iegūta pusvadītāju ierīce ar diviem dažāda veida vadītspējas reģioniem un p-n pāreju starp tiem. Jo plānāka ir pusvadītāju vafele. jo mazāka ir diodes pretestība virzienā uz priekšu, jo lielāka ir diodes koriģētā strāva. Diodes kontakti ir indija piliens un metāla disks vai stienis ar svina vadītājiem
Pēc tranzistora montāžas tas tiek uzstādīts korpusā un ir pievienots elektriskais savienojums. ved uz kristāla kontaktplāksnēm un iepakojuma vadu un noslēdz iepakojumu.

5. Piemērošanas joma

Diodes ir ļoti uzticamas, taču to izmantošanas robeža ir no –70 līdz 125 C. Jo punktveida diodei ir ļoti mazs kontakta laukums, tāpēc strāvas, ko šādas diodes var piegādāt, nav lielākas par 10-15 mA. Un tos galvenokārt izmanto augstfrekvences svārstību modulēšanai un mērinstrumentiem. Jebkurai diodei ir noteiktas maksimālās pieļaujamās tiešās un apgrieztās strāvas robežas atkarībā no tiešā un apgrieztā sprieguma un nosaka tā taisnošanas un stiprības īpašības.

Tranzistori, tāpat kā diodes, ir jutīgi pret temperatūru un pārslodzi un caurejošu starojumu. Tranzistori, atšķirībā no radiolampām, izdeg nepareiza savienojuma dēļ.

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

2. attēls

1. attēls

3. attēls

4. attēls

5. attēls

4. attēls

PUSVADĪTĀJU DIODES

Pusvadītāju diodes ir pusvadītāju ierīces ar vienu elektrisko savienojumu un diviem spailēm. Tos izmanto, lai iztaisnotu maiņstrāvu, noteiktu maiņstrāvas svārstības, pārveidotu mikroviļņu svārstības starpfrekvences svārstībās, stabilizētu spriegumu līdzstrāvas ķēdēs utt. Pusvadītāju diodes pēc to mērķa iedala taisngriežu diodēs, augstfrekvences diodēs, varikapos, zenerā. diodes utt.

Taisngriežu diodes. Taisngriežu pusvadītāju diodes ir paredzētas, lai pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā.

Mūsdienu taisngriežu diožu pamatā ir elektronu caurumu savienojums (EDJ), ko iegūst saplūšanas vai difūzijas ceļā. Izmantotais materiāls ir germānija vai silīcijs.

Lai iegūtu lielas rektificēto strāvu vērtības taisngriežu diodēs, tiek izmantoti EAF ar lielu laukumu, jo normālai diodes darbībai strāvas blīvums caur krustojumu nedrīkst pārsniegt 1-2 A/mm 2.

Šādas diodes sauc par plakanām. Mazjaudas plakanās pusvadītāju diodes konstrukcija ir parādīta attēlā. 2.1, a. Uzlabot siltuma izkliedi vidēja izmēra diodēs Un lielas jaudas, pie to korpusa piemetina skrūvi, ar kuru diodes piestiprina pie speciāla radiatora vai šasijas (2.1. att., b).

Taisngrieža diodes galvenā īpašība ir tās strāvas-sprieguma raksturlielums (voltu-ampēru raksturlielums). Strāvas-sprieguma raksturlīknes veids ir atkarīgs no pusvadītāja materiāla un temperatūras (2.2. att., a un b).

Galvenie taisngriežu pusvadītāju diožu parametri ir:

pastāvīgs priekšējais spriegums U np pie noteiktas tiešās strāvas;

maksimālais pieļaujamais reversais spriegums U o 6 p max, pie kura diode vēl var normāli darboties ilgu laiku;

pastāvīga apgrieztā strāva, kas plūst caur diodi ar pretējo spriegumu, kas vienāds ar U o 6 p max ;

vidējā rektificētā strāva, kas ilgstoši var iziet cauri diodei pieņemamā sildīšanas temperatūrā;

maksimālā pieļaujamā jauda, ​​ko izkliedē diode, plkst kas nodrošina noteikto diodes uzticamību.

Saskaņā ar maksimālo pieļaujamo vidējās rektificētās strāvas vērtību diodes iedala mazjaudas (), vidējas jaudas ( ) un liela jauda (). Lieljaudas taisngriežu diodes sauc par jaudas diodēm.

Mazjaudas taisngriežu elementus, kas ir virknē savienotas taisngriežu pusvadītāju diodes, sauc par taisngriežu kolonnām. Tiek ražoti arī taisngriežu bloki, kuros taisngriežu diodes ir savienotas atbilstoši noteiktai (piemēram, tilta) shēmai.

Taisngriežu pusvadītāju diodes spēj darboties ar frekvencēm 50... 10 5 Hz (jaudas diodes - pie frekvencēm 50 Hz), t.i., tās ir zemfrekvences.

Augstas frekvences diodes. Augstfrekvences diodes ietver pusvadītāju diodes, kas spēj darboties frekvencēs līdz 300 MHz. Diodes, kas darbojas frekvencēs virs 300 MHz, sauc par īpaši augstas frekvences (mikroviļņu krāsni).

Palielinoties frekvencei, palielinās reversās novirzes EHP diferenciālās pretestības manevrēšana ar uzlādes kapacitāti. Tas noved pie reversās pretestības samazināšanās un diodes rektifikācijas īpašību pasliktināšanās. Tā kā uzlādes jaudas vērtība ir proporcionāla EAF laukumam, lai to samazinātu, ir nepieciešams samazināt EAF laukumu.

Mikrosakausējuma diodēm ir mazs savienojuma laukums, taču tās... Trūkums ir mazākuma lādiņu nesēju uzkrāšanās bāzē, kas tiek ievadīti tajā, kad diode ir tieši ieslēgta. Tas ierobežo mikrosakausējuma diožu veiktspēju (frekvenču diapazonu).

Punktu diodēm, kas spēj darboties mikroviļņu diapazonā, ir labāka veiktspēja un līdz ar to arī augstākas frekvences. To konstrukcijā metāla atspere ar diametru aptuveni 0,1 mm ir piespiesta ar galu pret pusvadītāju kristālu. Atsperes materiāls ir izvēlēts tā, lai elektronu darba funkcija no tā būtu lielāka nekā no pusvadītāja. Šajā gadījumā metāla un pusvadītāja saskarnē tiek izveidots bloķējošs slānis, ko sauc par Šotki barjeru, kas nosaukts vācu zinātnieka vārdā, kurš pētīja šo parādību. Diodes, kuru darbība balstās uz Šotkija barjeras īpašībām, sauc par Šotkija diodēm. Tajos elektrisko strāvu nes vairākuma lādiņnesēji, kā rezultātā nenotiek mazākuma lādiņnesēju injekcijas un uzkrāšanās parādības.

Augstfrekvences un mikroviļņu diodes izmanto augstfrekvences svārstību iztaisnošanai (taisngriezis), noteikšanai (detektoram), jaudas līmeņa kontrolei (pārslēgšanai), frekvences reizināšanai (reizināšanai) un citām elektrisko signālu nelineārām transformācijām.

Varicaps. Varikaps ir pusvadītāju diodes, kuru darbības pamatā ir kapacitātes atkarība no apgrieztā sprieguma. Varikaps tiek izmantots kā elements ar elektriski vadāmu kapacitāti.

Atkarības raksturs ir parādīts attēlā. 2.3, a. Šo atkarību sauc par kapacitātes-sprieguma raksturlielumu varikapam. Galvenie parametri

varikaps ir:

nominālā kapacitāte, ko mēra pie noteiktā reversā sprieguma;

kapacitātes pārklāšanās koeficients Kc, ko nosaka pēc mainīgās kapacitātes attiecības pie divām reversā sprieguma vērtībām;

maksimālais pieļaujamais reversais spriegums;

kvalitātes koeficients Q B, kas definēts kā varikapa pretestības attiecība pret zudumu pretestību.

Pusvadītāju zenera diodes. Pusvadītāju zenera diode ir pusvadītāju diode, kuras spriegums tiek uzturēts ar noteiktu precizitāti, kad caur to plūstošā strāva mainās noteiktā diapazonā. Tas ir paredzēts, lai stabilizētu spriegumu līdzstrāvas ķēdēs.

Zenera diodes strāvas-sprieguma raksturlielums ir parādīts attēlā. 2.4, a un simbols ir attēlā. 2.4, b.

Ja abās silīcija vafeles pusēs izveido EDP, iegūsit Zenera diodi ar simetrisku strāvas-sprieguma raksturlīkni - simetrisku Zenera diodi (2.4. att., c).

Zenera diodes darba sadaļa ir elektriskā sadalījuma sadaļa. Kad strāva, kas plūst caur Zener diodi, mainās no vērtības uz vērtību. spriegums pāri tam maz atšķiras no vērtības Zener diožu izmantošana ir balstīta uz šo īpašību.

Sprieguma stabilizatora darbības princips uz silīcija Zenera diodes (2.4. att., d) ir tāds, ka, mainoties spriegumam U VX, mainās strāva, kas plūst caur Zenera diode, un spriegums uz Zenera diodes un pievienotās slodzes R. paralēli tam praktiski nemainās.

Galvenie silīcija zenera diožu parametri ir:

stabilizācijas spriegums U st;

minimālās un maksimālās stabilizācijas strāvas;

maksimālā pieļaujamā jaudas izkliede

diferenciālā pretestība stabilizācijas sekcijā ;

sprieguma temperatūras koeficients stabilizācijas sekcijā

Mūsdienu zenera diodēs stabilizācijas spriegums svārstās no 1 līdz 1000 V ar stabilizācijas strāvu no 1 mA līdz 2 A. Lai stabilizētu spriegumu, kas mazāks par 1 V, tiek izmantots silīcija diodes I-V raksturlīknes tiešais atzars, ko sauc par stabistoru. . Zener diodēm B. Savienojot Zener diodes (vai stabistorus) virknē, jūs varat iegūt jebkuru nepieciešamo stabilizācijas spriegumu.

Diferenciālā pretestība stabilizācijas sekcijā ir aptuveni nemainīga un lielākajai daļai Zener diožu tā ir 0,5...200 omi. Sprieguma temperatūras koeficients var būt pozitīvs (zenera diodēm ar ) un negatīvs (zener diodēm ar U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

BIPOLĀRI TRANSISTORI

Bipolārais tranzistors (BT) jeb vienkārši tranzistors ir pusvadītāju ierīce ar diviem savstarpēji mijiedarbojošiem EDP un trim vai vairāk spailēm, kuru pastiprinošās īpašības nosaka mazākuma lādiņu nesēju iesmidzināšanas un ekstrakcijas parādības.

Elektronu caurumu savienojumi veidojas starp trim pusvadītāja reģioniem ar dažāda veida elektrovadītspēju. Atbilstoši p- un n-reģionu maiņas secībai BT iedala p-p-p tipa tranzistoros un p-p-p tipa tranzistoros (2.5. att.).

Tranzistora vidējo reģionu sauc par bāzi, viens galējais apgabals ir emitētājs (E), bet otrs ir kolektors (K). Parasti piemaisījumu koncentrācija emitētājā ir lielāka nekā kolektorā. P-p-p tipa BT bāzei ir p veida elektrovadītspēja, un emitētājs un kolektors ir n tipa.

EDP, kas veidojas starp emitētāju un bāzi, sauc par emitētāju, bet starp pamatni un kolektoru - par kolektoru.

Tranzistoru darbības režīmi. Atkarībā no metodes, kā savienot emitētāju un kolektoru EDP ar strāvas avotiem, bipolārais tranzistors var darboties vienā no četriem režīmiem: izslēgšanas, piesātinājuma, aktīva un apgriezta.

Izstarotāja un kolektora EAF nogriešanas režīmā (2.6. att., a) tiek novirzīti pretējā virzienā, bet piesātinājuma režīmā (2.6., 6. att.) - uz priekšu. Kolektora strāva šajos režīmos praktiski nav atkarīga no emitētāja sprieguma un strāvas.

Izslēgšanas un piesātinājuma režīmi tiek izmantoti, darbinot BT impulsu un taustiņu ierīcēs.

Kad tranzistors darbojas aktīvajā režīmā, tā emitera pāreja tiek nobīdīta uz priekšu, bet kolektora pāreja - pretējā virzienā (2.6. att., c).

Tiešā sprieguma 11e ietekmē emitera ķēdē plūst strāva, radot kolektora un bāzes strāvas, tāpēc

Kolektora strāva satur divas sastāvdaļas: kontrolēta, proporcionāla emitenta strāvai, un nekontrolēta, ko rada mazākuma nesēju dreifs caur reverso nobīdi kolektora krustojumu. Proporcionalitātes koeficientu sauc par emitētāja strāvas statisko pārneses koeficientu. Lielākajai daļai mūsdienu BT un vēl.

Bāzes strāva ietver rekombinācijas komponentu, ko izraisa elektronu iekļūšana bāzē, lai kompensētu bāzē rekombinējošos caurumu pozitīvo lādiņu, un nekontrolētu kolektora strāvas komponentu, lai

Izmantojot BT kā pastiprināšanas elementu, vienam no spailēm jābūt kopējam ieejas un izejas ķēdēm. Diagrammā, kas parādīta attēlā. 2.6, c, kopējais elektrods ir bāze. Šādu BT savienojuma ķēdi sauc par kopējās bāzes (CB) ķēdi, un to parasti attēlo, kā parādīts attēlā. 2.7, a. Papildus OB ķēdei praksē tiek izmantotas arī ķēdes ar kopējo emitētāju (CE) un kopējo kolektoru (CC).

OE ķēdē (2.7. att., b) attiecību starp izejas un ieejas strāvām nosaka vienādojums

Koeficientu sauc par statiskās bāzes strāvas pārneses koeficientu. Tas ir saistīts ar attiecību

Plkst vērtības ir diapazonā no 19...99.

Komponents attēlo reverso (nekontrolētu) kolektora strāvu OE ķēdē. Šī strāva ir savienota ar ķēdē esošo reverso strāvu

Par attiecību

No sakarības (2.4) izriet, ka reversā kolektora strāva OE ķēdē ir daudz lielāka nekā OB ķēdē. Tas nozīmē, ka temperatūras maiņa OE ķēdē vairāk ietekmē strāvu izmaiņas (un līdz ar to arī statisko raksturlielumu un parametru izmaiņas) nekā OB ķēdē. Tas ir viens no trūkumiem, BT iekļaušanai oriģinālo iekārtu shēmā.

Ieslēdzot BT saskaņā ar shēmu OK. (2.7. att., c) izejas un ieejas strāvu savienojumu nosaka sakarība

Salīdzinot izteiksmes (2.2) un (2.5), var secināt, ka atkarības starp BT ieejas un izejas strāvām OE un OK shēmās ir aptuveni vienādas. Tas ļauj izmantot tos pašus raksturlielumus un parametrus OE un OK ķēžu aprēķināšanai.

Apgrieztais režīms atšķiras no aktīvā režīma ar pretēju polaritāti spriegumiem, kas tiek pievadīti EAF emitētājam un kolektoram.

Statiskās īpašības. Statiskie raksturlielumi izsaka sarežģītas attiecības starp strāvu un spriegumu

tranzistora elektrodi un ir atkarīgi no tā savienojuma metodes.

Attēlā 2.8, a parāda n - p - n tipa BT ieejas raksturlielumu saimi, kas savienotas saskaņā ar OE ķēdi, kas izsaka atkarību pie . Kad ievades raksturlielums ir

emitētāja EDP strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešā atzara. Kad kolektora spriegums ir pozitīvs, ieejas raksturlielums nobīdās pa labi.

Izejas raksturlielumi (2.8. att., b) atspoguļo atkarību pie . Raksturlielumu stāvā daļa atbilst piesātinājuma režīmam, un plakanā daļa atbilst aktīvajam režīmam. Attiecību starp kolektora un bāzes strāvām plakanā sekcijā nosaka izteiksme (2.2).

Mazie statiskā režīma signāla parametri. Kad tranzistors darbojas pastiprinājuma režīmā, tā īpašības nosaka mazo signālu parametri, kuriem tranzistoru var uzskatīt par lineāru elementu. Praksē visplašāk izmanto mazo signālu hibrīdu jeb h-parametrus. Strāvas un spriegumi pie mazām mainīgo komponentu amplitūdām h parametru sistēmā ir saistīti ar šādām attiecībām:

- ieejas pretestība;

- sprieguma atgriezeniskās saites koeficients

- līdzstrāvas pārvades koeficients;

- izejas vadītspēja.

Parametri un tiek mērīti izejas ķēdes īssavienojuma režīmā, bet parametri un tiek mērīti ieejas ķēdes tukšgaitas režīmā. Šos režīmus ir viegli ieviest. H parametru vērtības ir atkarīgas no tranzistora ieslēgšanas metodes, un zemās frekvencēs var noteikt no statiskajiem raksturlielumiem. Šajā gadījumā mazu strāvu un spriegumu amplitūdas tiek aizstātas ar pieaugumiem. Tā, piemēram, kad tranzistors tiek ieslēgts saskaņā ar ķēdi ar OE, parametru formulas un , kas noteiktas no ieejas raksturlielumiem punktā A (2.8. att., a), tiek rakstītas šādā formā:

Parametrus un nosaka izejas (2.8. att., b) raksturlielumi, izmantojot formulas:

Parametri tiek noteikti līdzīgi, kad tranzistors ir ieslēgts saskaņā ar ķēdi ar OB.

Mazo signālu parametrus attiecīgi sauc par emitētāja strāvas un bāzes strāvas pārvades koeficientiem. Tie raksturo tranzistora pastiprināšanas īpašības mainīgu signālu strāvas izteiksmē, un to vērtības ir atkarīgas no tranzistora darbības režīma un pastiprināto signālu frekvences. Tādējādi, palielinoties frekvencei, bāzes strāvas pārneses koeficienta modulis samazinās

Frekvenci, pie kuras tas samazinās par koeficientu tās vērtībai zemā frekvencē, sauc par bāzes strāvas pārraides ierobežojošo frekvenci un apzīmē . Frekvenci, pie kuras tā samazinās līdz 1, sauc par BT robežfrekvenci un apzīmē . Pamatojoties uz robežfrekvences vērtību, tranzistori tiek iedalīti zemfrekvences, vidējas frekvences, augstfrekvences un īpaši augstfrekvences.

TIRISTORI

Tiristors ir pusvadītāju ierīce ar diviem stabiliem stāvokļiem, kurai ir trīs vai vairāk pārejas un kas var pārslēgties no slēgta stāvokļa uz atvērtu stāvokli un otrādi.

Tiristorus ar diviem spailēm sauc par diodēm vai dinistoriem, un tos, kuriem ir trīs spailes, sauc par triodēm vai tiristoriem.

Dinistori. Dinistoru struktūra sastāv no četriem pusvadītāju apgabaliem ar mainīgiem elektrovadītspējas veidiem , starp kuriem veidojas trīs EDP. Ekstrēmākie EDP ir izstarotāji, bet vidējie ir kolektori. Apgabalu sauc par emitētāju vai anodu, reģionu sauc par katodu.

Dinistora anoda savienošana ar ārējā avota pozitīvo polu un katoda pievienošana negatīvajam atbilst dinistora tiešajam savienojumam. Kad avota sprieguma polaritāte ir apgriezta, notiek reversā pārslēgšanās.

Savienojot tieši, dinistoru var attēlot kā divu tranzistoru p - n - p un n - p - n kombināciju (2.9. att., a) ar emitera strāvas pārvades koeficientiem un .

Caur dinistoru plūstošā strāva satur tranzistora caurumu iesmidzināšanas komponentu, tranzistora elektroniskās iesmidzināšanas komponentu un kolektora savienojuma reverso strāvu, t.i.

Pagaidām dinistors ir slēgts. Plkst Dinistorā attīstās procesi, kas izraisa lavīnai līdzīgu iesmidzināšanas strāvas komponentu palielināšanos un kolektora savienojuma pārslēgšanu uz priekšu. Šajā gadījumā dinistora pretestība strauji samazinās, un sprieguma kritums pāri tam nepārsniedz 1-2 V. Pārējais avota spriegums krītas pāri ierobežojošajam rezistoram (2.9. att., b).

Kad dinistoru atkal ieslēdz, caur to plūst neliela pretēja strāva.

SCR. Tiristors atšķiras no dinistora ar papildu vadības izejas klātbūtnē no bāzes laukuma (2.10. att., a). Secinājumu var izdarīt no jebkura pamata. Tiek izveidots avots, kas savienots ar šo tapu

vadības strāva, kas summējas līdz galvenajai strāvai. Tā rezultātā tiristors pārslēdzas no slēgta stāvokļa uz atvērtu stāvokli pie mazākas U a vērtības (2.10. att., b).

Piecu slāņu konstrukcijās atbilstoši veicot galējos apgabalus, var iegūt simetrisku strāvas-sprieguma raksturlielumu (2.10. att., c). Šādu tiristoru sauc par simetrisku. Tas var būt diode (diaka) vai triode (triac).

Tiristoru izslēdz, samazinot (vai pārtraucot) anoda strāvu vai mainot anoda sprieguma polaritāti.

Aplūkotie tiristori tiek saukti par nebloķējamiem. Ir arī izslēdzami tiristori, kurus var pārslēgt no atvērta uz slēgtu, mainot vadības elektroda strāvu. No neslēdzamajiem tie atšķiras pēc dizaina.

Tiristoru parametri. Galvenie tiristoru parametri ir:

ieslēgšanas spriegums;

atbloķēšanas vadības strāva;

izslēgšanas strāva ;

atlikušais spriegums U np ;

ieslēgšanas laiks t;

izslēgšanas laiks;

aizkaves laiks t 3 ;

maksimālie tiešā sprieguma (du/dt) max un tiešās strāvas (di/dl) pieauguma ātrumi max.

Tiristori tiek plaši izmantoti vadāmos taisngriežos, DC-AC pārveidotājos (invertoros), sprieguma stabilizatoros,

kā bezkontakta slēdži, elektriskajās piedziņās, automatizācijas ierīcēs, telemehānikā, datortehnikā u.c.

Tiristoru simboli ir parādīti attēlā. 2.11.

LAUKA TRANSISTORI

Lauka efekta tranzistors (FET) ir pusvadītāju ierīce, kuras pastiprinošās īpašības nosaka vienas un tās pašas zīmes galveno lādiņnesēju plūsma, kas plūst caur vadošu kanālu un kuru kontrolē elektriskais lauks.

Vadības elektrodu, kas ir izolēts no kanāla, sauc par vārtiem. Pamatojoties uz vārtu izolācijas metodi, lauka efekta tranzistori tiek iedalīti trīs veidos:

1) ar vadības p-n krustojumu, vai ar p-t vārtiem;

2) ar metāla pusvadītāju vārtiem vai ar Šotkija vārtiem;

3) ar izolētu slēģu.

Lauka efekta tranzistori ar p- n - aizvars Lauka efekta tranzistorā ar p-n vārtiem (2.12. att.) n-veida kanāls ir izolēts no substrāta un p-n vārtiem.

gājieni, kas nosacījuma izpildes dēļ veidojas galvenokārt kanālā. Kad kanāla biezums ir vislielākais un tā pretestība ir minimāla. Ja vārtiem tiek pielikts negatīvs spriegums attiecībā pret avotu, tad p-n krustojumi paplašināsies, kanāla biezums samazināsies un tā pretestība palielināsies. Tāpēc, ja starp avotu un noteci ir pievienots sprieguma avots, tad caur kanālu plūstošo strāvu Ic var kontrolēt, mainot kanāla pretestību, izmantojot vārtiem pievadīto spriegumu. PT darbība ar p-n vārtiem ir balstīta uz šo principu.

PT ar p-n vārtiem galvenie statiskie raksturlielumi ir pārvades (drain-gate) un izejas (drain) raksturlielumi (2.13. att.).

Vārtu spriegums, pie kura kanāls ir pilnībā bloķēts un drenāžas strāva tiek samazināta līdz mikroampēra desmitdaļām, tiek saukts par izslēgšanas spriegumu un tiek apzīmēts.

Drenāžas strāvu pie U 3I = 0 sauc par sākotnējo drenāžas strāvu.

Izvades raksturlielumos ir stāvi vai omi un plakani apgabali. Plakano reģionu sauc arī par piesātinājuma reģionu vai kanālu pārklāšanās reģionu.

Caur kanālu plūstošā drenāžas strāva rada sprieguma kritumu visā tā sadalītajā pretestībā, kas palielina kanāla-vārtu un kanāla-substrāta reverso spriegumu, kas noved pie kanāla biezuma samazināšanās. Reversie spriegumi savu lielāko vērtību sasniedz pie robežas ar noteci, un šajā zonā kanāla sašaurināšanās ir maksimāla (2.12. att.). Pie noteiktas sprieguma vērtības abi p-n krustojumi aizveras drenāžas reģionā un kanāls pārklājas. Šo drenāžas spriegumu sauc par pārplūdes spriegumu vai piesātinājuma spriegumu (). Kad vārtiem tiek pielikts apgrieztais spriegums, kanāls tiek papildus sašaurināts, un tā bloķēšana notiek pie zemākas sprieguma vērtības.

Lauka efekta tranzistori ar Šotkija vārtiem. IN PT ar Šotkija vārtiem kanāla pretestība tiek kontrolēta, mainot, iedarbojoties ar aizbīdņa spriegumu, taisngrieža savienojuma biezumu, kas veidojas pie saskarnes starp metālu un pusvadītāju. Salīdzinot ar p-n savienojumu, taisngrieža metāla pusvadītāju savienojums ļauj ievērojami samazināt kanāla garumu: līdz 0,5...1 µm. Tajā pašā laikā tiek būtiski samazināti visas FET struktūras izmēri, kā rezultātā FET ar Šotki barjeru spēj darboties augstākās frekvencēs - līdz 50...80 GHz.

Lauka efekta tranzistori ar izolētiem vārtiem.Šiem tranzistoriem ir metāla-dielektriskā-pusvadītāja struktūra, un tos īsumā sauc par MOS tranzistoriem. Ja silīcija oksīdu izmanto kā dielektriķi, tad tos sauc arī par MOS tranzistoriem.

Ir divu veidu MOS tranzistori: ar inducētiem un ar iebūvētiem kanāliem.

MOS tranzistoros ar inducētu p veida kanālu (2.14. att.) p veida drenāžas un avota apgabali veido divus pretstrāvas apgabalus ar substrāta n-apgabalu.

EAF ir ieslēgti, un, ja tiem ir pievienots jebkuras polaritātes avots, ķēdē nebūs strāvas. Ja vārtiem tiek pielikts negatīvs spriegums attiecībā pret avotu un substrātu, tad pie pietiekamas šī sprieguma vērtības pusvadītāja virsmas slānī, kas atrodas zem vārtiem, notiks elektriskās vadītspējas veida inversija un notekas un avota p-reģioni tiks savienoti ar p veida kanālu. Šo vārtu spriegumu sauc par sliekšņa spriegumu un apzīmē . Palielinoties negatīvajam vārtu spriegumam, palielinās inversijas slāņa iespiešanās dziļums pusvadītājā, kas atbilst kanāla biezuma pieaugumam un tā pretestības samazinājumam.

MOS tranzistora ar inducētu p veida kanālu pārvades un izejas raksturlielumi ir parādīti attēlā. 2.15. Sprieguma kritums pāri kanāla pretestībai samazina spriegumu starp vārtiem

un kanāls un kanāla biezums. Vislielākais kanāla sašaurinājums būs pie notekas, kur spriegums ir viszemākais .

MOS tranzistoros ar iebūvētu kanālu starp drenāžas un avota apgabaliem jau ražošanas stadijā tiek izveidots plāns virsmas slānis (kanāls) ar tāda paša veida elektrovadītspēju kā drenāžai un avotam. Tāpēc šādos tranzistoros drenāžas strāva, ko sauc par sākotnējo strāvu, plūst pie .

MOS tranzistora ar iebūvētu p veida kanālu statiskās izejas un pārvades raksturlielumi ir parādīti attēlā. 2.16.

PT diferenciālie parametri. Papildus iepriekš apskatītajiem parametriem PT īpašības raksturo diferenciālie parametri: pārneses raksturlieluma slīpums vai PT slīpums; diferenciālā pretestība un statiskais pastiprinājums.

PT slīpums pie raksturo tranzistora pastiprināšanas īpašības un mazjaudas tranzistoriem parasti ir vairāki mA/V.

Diferenciālā pretestība pie apzīmē līdzstrāvas kanāla pretestību maiņstrāvai.

PT slīpumu var noteikt pēc statiskās izejas vai pārneses raksturlielumiem (2.16. att.), pamatojoties uz izteiksmi

un diferenciālā pretestība - saskaņā ar izejas raksturlielumiem saskaņā ar izteiksmi

Statiskais pieaugums at parasti aprēķina, izmantojot formulu.

Parastie lauka efekta tranzistoru grafiskie simboli ir parādīti attēlā. 2.17.

Lauktranzistori tiek izmantoti pastiprinātājos ar augstu ieejas pretestību, slēdžu un loģikas ierīcēm, kā arī vadāmajos vājinātājos kā elements, kura pretestība mainās vadības sprieguma ietekmē.

Saistītā informācija.

Maiņstrāvas iztaisnošanai un pārveidošanai tiek izmantota vienvirziena kontaktu vadīšana starp diviem pusvadītājiem (vai metālu uz pusvadītāju). Ja ir viena elektronu cauruma pāreja, tad tās darbība ir līdzīga divu elektrodu lampas - diodes darbībai (skat. § 105). Tāpēc pusvadītāju ierīce, kas satur vienu р-n- tiek saukta pāreja pusvadītājs (kristālisks) diode. Pusvadītāju diodes pēc to konstrukcijas iedala punktu Un plakana.

Rīsi. 339 att. 340

Kā piemēru ņemiet vērā punktveida germānija diode (339. att.), kurā piespiesta tieva volframa stieple 1. n- germānija 2 ar alumīnija pārklājumu. Ja īstermiņa strāvas impulss tiek izvadīts caur diodi virzienā uz priekšu, tad strauji palielinās A1 difūzija Ge un veidojas germānija slānis, kas bagātināts ar alumīniju un kam ir R-vadītspēja. Pie šī slāņa robežas a р-n- krustojums ar augstu rektifikācijas koeficientu. Kontaktslāņa zemās kapacitātes dēļ punktveida diodes tiek izmantotas kā augstfrekvences svārstību detektori (taisngrieži) līdz centimetru viļņa garuma diapazonam.

Plakanā vara oksīda (kuproksi) taisngrieža shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 340. Izmantojot ķīmisko apstrādi, uz vara plāksnes uzklāj vara oksīda Cu 2 O slāni, kas pārklāts ar sudraba slāni. Sudraba elektrods kalpo tikai, lai savienotu taisngriezi ar ķēdi. Cu 2 O slāņa daļai, kas atrodas blakus Cu un bagātināta ar to, ir elektroniskā vadītspēja, bet Cu 2 O slāņa daļai, kas atrodas blakus Ag un bagātināta (taisngrieža ražošanas laikā) ar skābekli, ir caurumu vadītspēja. Tādējādi vara oksīda biezumā veidojas barjerslānis ar strāvas plūsmas virzienu no Cu 2 O uz Cu ().

Germānija plakanās diodes ražošanas tehnoloģija ir aprakstīta 249. § (sk. 325. att.). Izplatītas ir arī selēna diodes un diodes, kuru pamatā ir gallija arsenīds un silīcija karbīds. Aplūkojamajām diodēm ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar elektronu lampām (mazi gabarīti, augsta efektivitāte un kalpošanas laiks, pastāvīga gatavība darbam utt.), taču tās ir ļoti jutīgas pret temperatūru, tāpēc to darbības temperatūru diapazons ir ierobežots ( no –70 līdz +120°C). p-n- Pārejām ir ne tikai lieliskas taisnošanas īpašības, bet tās var izmantot arī pastiprināšanai, un, ja ķēdē tiek ievadīta atgriezeniskā saite, tad arī elektrisko svārstību ģenerēšanai. Ierīces, kas paredzētas šiem nolūkiem, sauc pusvadītāju triodes vai tranzistori(pirmo tranzistoru 1949. gadā izveidoja amerikāņu fiziķi D. Bārdīns, V. Breteins un V. Šoklijs; Nobela prēmija 1956. gadā).

Tranzistoru ražošanai izmanto germāniju un silīciju, jo tiem ir raksturīga augsta mehāniskā izturība, ķīmiskā stabilitāte un lielāka strāvas nesēju mobilitāte nekā citiem pusvadītājiem. Pusvadītāju triodes iedala punktu Un plakana. Pirmie ievērojami palielina spriegumu, bet to izejas jaudas ir zemas pārkaršanas riska dēļ (piemēram, punktveida germānija triodes darba temperatūras augšējā robeža ir diapazonā no 50 - 80 ° C). Plakanās triodes ir jaudīgākas. Tie varētu būt līdzīgi p-p-p un tips p-p-p atkarībā no apgabalu maiņas ar dažādu vadītspēju.

Piemēram, apsveriet plaknes triodes darbības principu p-p-p, t.i., uz triodes bāzes n-pusvadītājs (341. att.). Triodes darba “elektrodi”, kas ir bāze(tranzistora vidējā daļa), emitētājs Un kolekcionārs(zonas, kas atrodas blakus pamatnei abās pusēs ar atšķirīgu vadītspējas veidu) tiek iekļautas ķēdē, izmantojot netaisnošus kontaktus - metāla vadītājus. Starp emitētāju un bāzi tiek pielietots pastāvīgs tiešās nobīdes spriegums, un starp bāzi un kolektoru tiek pielietots pastāvīgs apgrieztās nobīdes spriegums. Pastiprinātais maiņspriegums tiek piemērots ieejas pretestībai, un pastiprinātais tiek noņemts no izejas pretestības

Strāvas plūsma emitētāja ķēdē galvenokārt ir saistīta ar caurumu kustību (tie ir galvenie strāvas nesēji), un to pavada to “injekcija” - injekcija- uz bāzes laukumu. Caurumi, kas iekļūst pamatnē, izkliedējas kolektora virzienā, un ar nelielu pamatnes biezumu ievērojama daļa iesmidzināto caurumu sasniedz kolektoru. Šeit caurumus uztver lauks, kas darbojas krustojuma iekšpusē (pievelk negatīvi lādētu kolektoru) un maina kolektora strāvu. Līdz ar to jebkuras strāvas izmaiņas emitera ķēdē izraisa strāvas izmaiņas kolektora ķēdē.

Pieliekot maiņspriegumu starp emitētāju un bāzi, iegūstam maiņstrāvu kolektora ķēdē un maiņstrāvu pie izejas pretestības. Ieguvuma apjoms ir atkarīgs no īpašībām p-n-pārejas, slodzes pretestības un akumulatora spriegums Bk Parasti >>, tāpēc ievērojami lielāks par ieejas spriegumu (pastiprinājums var sasniegt 10 000). Tā kā izdalītā maiņstrāvas jauda var būt lielāka par emitētāja ķēdē patērēto, tranzistors nodrošina arī jaudas pastiprināšanu. Šī pastiprinātā jauda nāk no strāvas avota, kas pievienots kolektora ķēdei.

No apspriestā izriet, ka tranzistors, tāpat kā vakuuma caurule, nodrošina gan sprieguma, gan jaudas pastiprināšanu. Ja lampā anoda strāvu kontrolē režģa spriegums, tad tranzistorā kolektora strāvu, kas atbilst lampas anoda strāvai, kontrolē bāzes spriegums.

Tranzistora darbības princips p-p-p-tips ir līdzīgs iepriekš apskatītajam, bet caurumu lomu spēlē elektroni. Ir arī citi tranzistoru veidi, kā arī citas shēmas to savienošanai. Pateicoties tā priekšrocībām salīdzinājumā ar vakuumlampām (mazi izmēri, augsta efektivitāte un kalpošanas laiks, kvēlspuldžu katoda trūkums un līdz ar to mazāks enerģijas patēriņš, nav nepieciešams vakuums utt.), tranzistors radīja revolūciju elektronisko sakaru jomā un nodrošināja radīšanu. ātrdarbīgi datori ar lielu atmiņas apjomu.

Kontroles jautājumi

• Kāda ir adiabātiskās aproksimācijas un paškonsekventās lauka aproksimācijas būtība?
• Kā atšķiras elektronu enerģijas stāvokļi izolētā atomā un kristālā? Kas ir aizliegtās un atļautās enerģijas zonas?
• Kā pusvadītāji un dielektriķi atšķiras atkarībā no joslu teorijas? metāli un dielektriķi?
• Kad saskaņā ar joslu teoriju cieta viela ir elektriskās strāvas vadītājs?
• Kā izskaidrot pusvadītāju vadītspējas pieaugumu, palielinoties temperatūrai?
• Kas nosaka iekšējo pusvadītāju vadītspēju?
• Kāpēc Fermi līmenis iekšējā pusvadītājā atrodas joslas spraugas vidū? Pierādiet šo pozīciju.
• Kāds ir elektronisko piemaisījumu vadītspējas mehānisms pusvadītājos? caurumu piemaisījumu vadītspēja?
• Kāpēc piemaisījumu pusvadītājos pietiekami augstā temperatūrā dominē iekšējā vadītspēja?
• Kāds ir iekšējās fotovadītspējas mehānisms? piemaisījumu fotovadītspēja? Kāda ir fotovadītspējas sarkanā robeža?
• Kādi ir fluorescences un fosforescences mehānismi saskaņā ar joslu teoriju?
• Kādi ir kontaktu potenciālu atšķirības rašanās iemesli?
• Kāda ir termoelektrisko parādību būtība? Kā izskaidrot to rašanos?
• Kad rodas bloķējošs kontaktslānis, kad metāls nonāk saskarē ar pusvadītāju n- patīk? ar pusvadītāju R- patīk? Izskaidrojiet tā veidošanās mehānismu.
• Kā izskaidrot vienvirziena vadīšanu r-p- pāreja?
• Kāds ir strāvas-sprieguma raksturlielums p-n- pāreja? Izskaidrojiet tiešās un apgrieztās strāvas rašanos.
• Kurš pusvadītāju diodes virziens ļauj iziet strāvu?
• Kāpēc pusvadītāju diode nes strāvu (kaut arī vāju) pat pie atslēgšanas sprieguma?

Uzdevumi

31.1. Germānija paraugu karsē no 0 līdz 17°C. Pieņemot, ka silīcija joslas sprauga ir 0,72 eV, nosakiet, cik reizes palielināsies tā īpatnējā vadītspēja. [2,45 reizes]

31.2. Tīrā silīcijā tiek ievadīts neliels bora piejaukums. Izmantojot D.I. Mendeļejeva periodisko tabulu, nosakiet un izskaidrojiet piemaisījuma silīcija vadītspējas veidu.

31.3. Nosakiet viļņa garumu, pie kura fotovadītspēja joprojām ir ierosināta piemaisījumu pusvadītājā.