Ellenállások, félvezető diódák, tranzisztorok. Félvezető tranzisztorok és diódák. Biopoláris és térhatástranzisztorok

A két félvezető (vagy fém félvezető) közötti érintkezők egyirányú vezetése a váltakozó áramok egyenirányítására és átalakítására szolgál. Ha egy elektron-lyuk átmenet van, akkor annak hatása hasonló kettőnek

elektródalámpa - dióda Ezért egy p-n átmenetet tartalmazó félvezető eszközt nevezünk félvezető (kristályos) dióda. Félvezető diódák kialakításuk szerint vannak osztva pont És síkbeli. Ha rövid idejű áramimpulzust vezetünk át egy diódán előrefelé, egy p-vezetőképességű réteg keletkezik. Ennek a rétegnek a határán nagy egyenirányító együtthatójú pn átmenet jön létre. Az érintkezőréteg alacsony kapacitása miatt a pontdiódákat a nagyfrekvenciás rezgések detektoraiként (egyenirányítóiként) használják a centiméteres hullámhossz-tartományig.

A p-n átmenetek nemcsak kiváló egyenirányító tulajdonságokkal rendelkeznek, hanem erősítésre, illetve ha visszacsatolást vezetnek be az áramkörbe, akkor elektromos oszcillációk generálására is alkalmasak. Az ilyen célokra szánt eszközök a

megkapta a nevet félvezető triódák vagy tranzisztorok. A germániumot és a szilíciumot tranzisztorok gyártására használják, mivel nagy mechanikai szilárdság, vegyszerállóság és nagyobb, mint a többi

félvezetők, áramhordozók mobilitása. A félvezető triódákat a következőkre osztják pont És síkbeli. Az előbbiek jelentősen növelik a feszültséget, de a kimenő teljesítményük a túlmelegedés veszélye miatt kicsi (pl. az üzemelés felső határa

A pont germánium trióda hőmérséklete 50-80 °C között van. A síkbeli triódák erősebbek. Lehetnek olyanok p-p-pés írja be p-p-p eltérő vezetőképességű területek váltakozásától függően. Tranzisztoráll bázisok (a tranzisztor középső része), kibocsátó És gyűjtő (a bázissal szomszédos területek mindkét oldalon eltérő vezetési móddal)

hidak). Az emitter és a bázis között állandó előre előfeszítő feszültség, a bázis és a kollektor között pedig állandó fordított előfeszítő feszültség kerül alkalmazásra. Az erősített váltakozó feszültségű tápegységek -

a bemeneti impedanciához , a felerősített pedig kikerül a kimeneti ellenállásból. Áram az emitter áramkörben

főként a lyukak mozgása okozza (ezek a fő áramhordozók), és ezek befecskendezése kíséri - injekció - az alapterületre. Az alapba behatoló lyukak a kollektor felé diffundálnak, és kis vastagsággal

Nem az alapnál, a befecskendezett lyukak jelentős része eléri a kollektort. Itt a lyukakat a csomóponton belül ható mező (a negatív töltésű kollektorhoz vonzza), aminek következtében a kollektoráram megváltozik. Ezért minden

Az emitter áramkör áramának bizonyos mértéke változást okoz a kollektor áramkörében. A tranzisztor, mint egy vákuumcső,

növeli a feszültséget és a teljesítményt is.

25.(Lorentz-erő. Lorentz-erő munkája. Hall-effektus)

Elektromos töltésre ható erő K, mágneses térben V sebességgel mozog , hívott Lorentz erő és a képlettel fejezzük ki, ahol IN- a mágneses tér indukciója, amelyben a töltés mozog.

Lorentz erőmodulus , ahol α a közötti szög vÉs IN. A Lorentz-erő mindig merőleges a töltött részecske mozgási sebességére, tehát csak ennek a sebességnek az irányát változtatja meg, modulusának megváltoztatása nélkül. Ezért, Lorentz erő

nem végez semmilyen munkát. Más szóval, az állandó mágneses tér nem működik a benne mozgó töltött részecskén, és ennek a részecskének a kinetikai energiája nem változik mágneses térben való mozgás közben. Ha mozgó elektromos

töltés mellett a mágneses tér indukcióval IN intenzitással elektromos mező is van E, akkor az eredő erő F, a töltésre alkalmazott erők vektoros összegével egyenlő - az elektromos mezőből ható erő és a Lorentz-erő: A Lorentz-erő iránya és a töltött részecske általa kiváltott mágneses térben való elhajlásának iránya a töltés előjelétől függ K részecskék.

Hall hatás (1879) egy áramsűrűségű fémben (vagy félvezetőben) való előfordulás j, mágneses térbe helyezve IN, rá merőleges irányú elektromos mező IN Toj. Helyezzünk rá egy áramsűrűségű fémlapot j mágnesesre

mező IN, merőleges j .Adott irányra j a fémben lévő áramhordozók - elektronok - sebessége jobbról balra irányul. Az elektronok megtapasztalják a Lorentz-erőt, amely ebben az esetben felfelé irányul. Így a lemez felső szélén megnövekszik az elektronok koncentrációja (negatív töltésű lesz), az alsó szélén pedig elektronhiány lesz (pozitívan töltődik). Ennek eredményeként egy további keresztirányú elektromos mező keletkezik a lemez szélei között Ev, alulról felfelé irányítva. Amikor a feszültség Ev Ez a keresztirányú mező eléri azt az értéket, hogy a töltésekre gyakorolt ​​hatása kiegyenlíti a Lorentz-erőt, ekkor a töltések keresztirányú stacionárius eloszlása ​​jön létre.

Aztán hol A- a lemez szélessége; ∆f - keresztirányú (Hall) potenciálkülönbség.

Tekintettel arra, hogy a jelenlegi erő I = jS = nevS (S- a lemezvastagság keresztmetszete d, n- elektronkoncentráció, v - az elektronok rendezett mozgásának átlagos sebessége, j-áramsűrűség = env), megkapjuk i.e. Hall keresztirányú potenciálkülönbség arányos a mágneses indukcióval IN,áramerősség / és fordítottan arányos a lemez vastagságával d.

- Hall állandó, az anyagtól függően. Által a Hall-állandó mért értéke: 1) meghatározható

az áramhordozók koncentrációja a vezetőben (a vezetőképesség és a hordozók töltése ismert); 2) ítélje meg a félvezetők vezetőképességének természetét, mivel a Hall-állandó előjele egybeesik az áramhordozók e töltésének előjelével. Ezért a hatás

A Hall-effektus a leghatékonyabb módszer a fémek és félvezetők áramhordozóinak energiaspektrumának vizsgálatára.

A félvezető eszközök osztályozása és rendeltetésük.

Az ipari elektronika nagyszámú különböző típusú félvezető eszközt használ, amelyek több fő csoportra oszthatók: 1) félvezető ellenállások; 2) félvezető diódák; 3) bipoláris tranzisztorok; 4) térhatású tranzisztorok; 5) tirisztorok.

A félvezető ellenállások és diódák kételektródos eszközök, a bipoláris és térhatású tranzisztorok háromelektródos eszközök. A tirisztorok két- vagy háromelektródosak lehetnek.

A félvezető ellenállások izotróp (homogén) félvezető anyagot használnak, amelynek elektromos tulajdonságai határozzák meg az ellenállás elektromos jellemzőit. A félvezető diódák különböző típusú elektromos vezetőképességű félvezetőket használnak, amelyek egy p-n átmenetet alkotnak. A dióda elektromos jellemzőit főként a p-n átmenet elektromos tulajdonságai határozzák meg.

A bipoláris tranzisztorokban a különböző típusú elektromos vezetőképességű félvezetők két p-n átmenetet alkotnak. A bipoláris tranzisztorok elektromos jellemzőit ezen pn átmenetek elektromos tulajdonságai határozzák meg, és jelentősen függenek kölcsönhatásuktól. A térhatású tranzisztorok különböző típusú elektromos vezetőképességű félvezetőkön alapulnak, amelyek egy p-n átmenetet alkotnak. De a diódákkal és a bipoláris tranzisztorokkal ellentétben a térhatású tranzisztorok elektromos jellemzői az izotróp félvezető csatorna és a p-n átmenet kölcsönhatásától függenek.

A tirisztorok különböző típusú elektromos vezetőképességű félvezetőket használnak, amelyek három vagy több p-n átmenetet alkotnak. A tirisztorok fő elektromos jellemzőit ezen p-n átmenetek kölcsönhatása határozza meg.

Félvezető diódák

A félvezető dióda egy elektromosan átalakító félvezető eszköz, amely egy elektromos csomóponttal és két kivezetéssel rendelkezik.

A félvezető diódák osztályozását és hagyományos grafikus jelölését a táblázat tartalmazza. 2.2. Amint az a táblázatból látható, minden félvezető dióda két osztályra van osztva: pont és sík.

A pontdiódák n-típusú elektromos vezetőképességű, 0,1-0,6 mm vastagságú és 0,5-1,5 mm 2 területű germánium vagy szilícium lemezt használnak; élezett acélhuzal érintkezik a lemezzel (2.5. ábra), p-n átmenetet képezve az érintkezési ponton.

A pontdióda áram-feszültség karakterisztikája különböző hőmérsékleteken az ábrán látható.

A kis érintkezési felület miatt az ilyen diódák előremenő árama és elektródák közötti kapacitása viszonylag kicsi, ami lehetővé teszi, hogy nagyon magas frekvenciák (mikrohullámú diódák) tartományában is használhatók. A pontdiódák elsősorban a váltakozó áram egyenirányítására szolgálnak (egyenirányító diódák).

A síkdiódákban a pn átmenetet két különböző típusú elektromos vezetőképességű félvezető alkotja, és a különböző típusú diódák csatlakozási területe a négyzetmilliméter századrésztől (mikroplanáris diódák) a több tíz négyzetcentiméterig (teljesítménydiódák) terjed. ).

A szennyeződések bejuttatásának módja szerint a diódákat ötvözetre és diffúzióra osztják.

A síkdióda elektromos jellemzőit a pn átmenet jellemzői határozzák meg. A dióda céljától függően a p-n átmenet bizonyos jellemzőit használja.

Nézzük meg közelebbről a különböző síkdiódák típusait és jellemzőit.

Az egyenirányító dióda egy félvezető eszköz, amely a pontdiódához hasonlóan a p-n átmenet egyenirányító tulajdonságait használja.

Egy nagy teljesítményű egyenirányító dióda kialakítása az ábrán látható. 2.7. A kis teljesítményű egyenirányító diódák, valamint a nagyfrekvenciás és impulzusáramkörökben történő működésre tervezett egyenirányító diódák általában a pontdiódákhoz hasonló kialakításúak.

Egy nagy teljesítményű egyenirányító dióda áram-feszültség karakterisztikája az ábrán látható. 2.8.

Nagy csatlakozási területük miatt a síkdiódákat nagy előremenő áramra tervezték. A dióda előremenő feszültsége jellemzően nem haladja meg az 1-2 V-ot, míg a félvezetőben az áramsűrűség eléri az 1-10 A/mm2-t, ami enyhe hőmérsékletnövekedést okoz. A germániumdióda működőképességének megőrzése érdekében hőmérséklete nem haladhatja meg a 85-100°C-ot. A szilíciumdiódák 150-200°C-os hőmérsékleten működhetnek.

Ha egy félvezető diódára fordított feszültséget kapcsolunk, enyhe fordított áram jelenik meg benne (2.8. ábra), amelyet a kisebbségi töltéshordozók p-n átmeneten keresztüli mozgása okoz.

A pn átmenet hőmérsékletének növekedésével a kisebbségi töltéshordozók száma növekszik az egyes elektronok vegyértéksávból a vezetési sávba való átmenete és elektron-lyuk töltéshordozó párok kialakulása miatt. Ezért a dióda fordított árama megnő.

Ha a diódára több száz voltos fordított feszültséget kapcsolunk, a blokkolórétegben a külső elektromos tér olyan erőssé válik, hogy a vegyértéksávból elektronokat tud behúzni a vezetési sávba (Zener-effektus). Ebben az esetben a fordított áram erősen megnövekszik, ami a dióda felmelegedését, az áram további növekedését és végül a p-n átmenet hőbontását (megsemmisülését) okozza. A legtöbb dióda megbízhatóan működik olyan fordított feszültség mellett is, amely nem haladja meg a (0,7-0,8) U mintát. Még a fordított feszültségnek a letörési feszültség feletti rövid távú növekedése is általában a p-n átmenet meghibásodásához és a dióda meghibásodásához vezet.

A pont- és sík egyenirányító diódák fő paraméterei: az I pr dióda előremenő árama, amelyet egy bizonyos előremenő feszültségnél (általában 1-2 V) normalizálunk. A dióda legnagyobb megengedett előremenő árama I pr max, a dióda legnagyobb megengedett fordított feszültsége U rev max; fordított diódaáram I fordulat, amelyet a maximális fordított feszültségen normalizálunk U fordulat max. A különböző egyenirányító diódák paramétereit a táblázat tartalmazza.

Félvezető Zener dióda- egy félvezető dióda, amelynek feszültsége az elektromos áttörés tartományában gyengén függ az áramerősségtől, és amelyet a feszültség stabilizálására használnak.

A p-n átmenet elektromos meghibásodásának területén egy félvezető zener dióda működik. A hőbontás elkerülése érdekében a Zener dióda kialakítása biztosítja a hatékony hőelvonást a p-n átmenetről. A zener-diódák leggyakoribb anyaga a szilícium. A félvezető zener-dióda áram-feszültség karakterisztikája az ábrán látható.

Amint az ábrán látható, a leállási tartományban az U CT zener-dióda feszültsége csak kis mértékben változik az I CT stabilizációs áram nagy változásaival. A zener-dióda ezt a karakterisztikáját stabil feszültség elérésére használják, például parametrikus feszültségstabilizátorokban.

A félvezető zener dióda fő paraméterei a következők: U CT stabilizáló feszültség; dinamikus ellenállás a stabilizációs szakaszban Rd = d U CT / dI CT ; minimális zener dióda áram Ist min; maximális zener dióda áram Ist max; a feszültség hőmérsékleti együtthatója a stabilizációs szakaszban TKU = d U CT /dT 100%.

A modern zener-diódák stabilizáló feszültsége 1-1000 V tartományban van, és a p-n átmenet blokkolórétegének vastagságától függ.

Alagút dióda- egy degenerált félvezető alapú félvezető dióda, amelyben az alagúthatás egy negatív differenciális vezetőképesség szakasz megjelenéséhez vezet az áram-feszültség karakterisztikákon előremenő feszültségnél (lásd az ábrát).

A c közvetlen ágat munkaágként használják. A. X.

Az alagútdiódák anyaga erősen adalékolt germánium vagy gallium-arzenid.

Az alagútdióda fő paraméterei: csúcsáram Ip (1. görbe az ábrán) és a csúcsáram és a völgyáram Ip/Ib aránya. A hazai ipar által gyártott diódáknál Ip = 0,1-100 mA, és Ip / Iv = 5 - 20.

Az alagútdiódák nagy sebességű félvezető eszközök, és nagyfrekvenciás oszcillátorokban és nagy sebességű impulzuskapcsolókban használatosak.

Fordított dióda- alagútdióda típusa, amelynek csúcsáram Iп = 0 (2. görbe az ábrán). Ha a fordított diódára Upr előremenő feszültséget kapcsolunk< 0,3 В, то пряой ток диода Iпр = 0, в то же время даже при небольшом обратном напряжении (порядка десятков милливольт) обратный ток диода достигает нескольких миллиампер в результате туннельного пробоя. Таким образом, обращенный диод обладает вентильными свойствами при малых напряжениях именно в той области, где обычные выпрямительные диоды этими свойствами не обладают. При этом направлением наибольшей проводимости является направление, соответствующее обратному току.

A fordított diódákat, mint az alagútdiódákat, impulzusos eszközökben, valamint jelátalakítóként (keverőként és detektorként) használják rádiókészülékekben.

Varicap- egy félvezető dióda, amely kapacitásfüggőséget használ

p-n átmenet fordított feszültségről, és amelyet elektromosan szabályozott kapacitású elemként való használatra terveztek. A varicaps gyártásához használt félvezető anyag a szilícium. A varicap kapacitás függését a fordított feszültségtől az ábra mutatja.

A varicap fő paraméterei: a varicap C összkapacitása, amelyet általában kis Uo6p = 2-5 V fordított feszültségen rögzítenek; kapacitásátfedési együttható Ks = Cmax/Cmin A legtöbb varikapocs esetén Sv = 10-500 pF, és a kapacitásátfedési együttható Ks = 5-20.

A varicapokat távirányító rendszerekben és alacsony zajszintű parametrikus erősítőkben használják.

F o. d i o d, félvezető fotocella, LED- félvezető diódák, amelyek a sugárzás (látható, infravörös vagy ultraibolya) kölcsönhatás hatását használják fel a töltéshordozókkal (elektronokkal és lyukakkal) a p-n átmenet blokkoló rétegében.

A félvezető dióda két kimenettel és egy elektron-lyuk átmenettel rendelkező eszköz

A félvezető diódákat rádióelektronikában, automatizálási és számítástechnikai eszközökben, valamint teljesítményátalakító technológiában használják. A nagy teljesítményű diódákat erőművekben vontatómotorok, szerszámgépek és mechanizmusok meghajtására használják

A félvezető diódák számos előnnyel rendelkeznek az elektroncsövekhez képest: kis méret, könnyű súly, nagy hatásfok, izzó elektronforrás hiánya, hosszú élettartam, nagy megbízhatóság.

A félvezető diódák fontos tulajdonságát - az egyirányú vezetőképességet - széles körben használják az elektromos jelek egyenirányító, korlátozó és átalakító készülékeiben.

A diódákat rendeltetésük, fizikai tulajdonságaik, alapvető elektromos paramétereik, tervezési és technológiai jellemzőik (pontos és síkbeli), valamint a forrás félvezető anyaga szerint osztályozzák.

Funkcionális rendeltetésük szerint megkülönböztetik a félvezető diódákat: egyenirányító, impulzus, zener diódák (referencia), fotodiódák, fénykibocsátó diódák

1. az egyenirányítók a váltakozó áramot egyenárammá alakítják, és az rn átmenet, valamint más elektromos csomópontok azon tulajdonságát használják ki, hogy az egyik irányban jól, az ellenkező irányban rosszul vezessék az áramot. Ezeket az áramokat és a megfelelő feszültségeket előremenő és fordított áramoknak és feszültségeknek nevezzük. Vannak alacsony és magas frekvenciájú egyenirányító diódák. Előbbieket energiaelektronikai átalakító berendezésekben, utóbbiakat rádiójelek átalakítására használják

2. impulzus az impulzusos eszközök elsődleges működésére szolgálnak. Tulajdonságukat olyan paraméterek határozzák meg, amelyek figyelembe veszik a dióda kapcsolási tehetetlenségét: csomóponti kapacitás, fordított ellenállás helyreállítási időintervallum

3. A Zener diódákat az egyenfeszültség stabilizálására és a feszültséglökések korlátozására tervezték. Ezek a diódák a pH-csomópont roncsolásmentes elektromos meghibásodását használják bizonyos fordított feszültségértékeknél. Fontos paraméter a feszültségstabilizálás hőmérsékleti együtthatója.

A jelölés alfanumerikus kódon alapul

Az első betű vagy szám a félvezető kristály anyagát jelöli: 1 vagy G – germánium; 2 – K – szilícium 3-A – gallium-arzenid

A második betű a diódaosztályt jelöli: D - egyenirányító, Ai - mikrohullámú diódák, B - varicap, C - zener dióda, I - alagútdióda;

A következő 3 számjegy az alkalmazás típusát vagy körét jellemzi 101-399 - AC egyenirányító, 401-499 - nagyfrekvenciás vagy ultrafrekvenciás áramkörökben történő munkavégzés, 501-599 - impulzusrendszerek

Az utolsó számjegy a dióda kialakítását vagy egyéb jellemzőit jelzi

A tranzisztorok aktív félvezető eszközök, amelyek két egymásra ható pH-átmenettel és három kivezetéssel rendelkeznek, és elektromos rezgések erősítésére és generálására szolgálnak. (kommunikáció, televízió, radar, rádiónavigáció, automatizálás, telemechanika, számítástechnika és méréstechnika területén.)

A tranzisztor háromrétegű, váltakozó, különböző típusú elektromos vezetőképességű p-n-p vagy n-p-n területekből áll. régióból a kollektor régióba (extrém zónák) az alapon (középső zónán) keresztül. Az emitter csomópont célja az emitter fő hordozóinak befecskendezése (injektálása) az alapterületre

A tranzisztornak 4 üzemmódja van:

Aktív (az emitter-bázis csomópont előre, a kollektor-bázis csomópont pedig fordított irányban van összekötve)

Inverz (az emitter-bázis csomópont fordított irányban, a kollektor-bázis csomópont pedig előrefelé csatlakozik)

Levágási mód – mindkét átmenet fordított irányban engedélyezett

Telítettségi mód – mindkét átmenet előrefelé engedélyezett

A tranzisztorok hátránya a paramétereik és jellemzőik viszonylag nagy instabilitása. Az instabilitás okai: a környezeti hőmérséklet hatása, a paraméterek időbeli változása az öregedés során, a paraméterek változása az azonos típusú tranzisztorok gyártási folyamata során.

A tranzisztorok osztályozása anyag, a kisebbségi vivők mozgásának módja, teljesítmény és frekvencia, cél és gyártási mód szerint történik.

Előkészített

10 "A" osztály tanulója

610. számú iskola

Alekszej Ivchin

Absztrakt a témában:

„Félvezető diódák és tranzisztorok, alkalmazási területeik”

1. Félvezetők: elmélet és tulajdonságai

2. Alapvető félvezető eszközök (Felépítés és alkalmazás)

3. A félvezető eszközök típusai

4. Termelés

5. Alkalmazási kör

1. Félvezetők: elmélet és tulajdonságai

Először meg kell ismerkednie a félvezetők vezetési mechanizmusával. Ehhez pedig meg kell értened azoknak a kötéseknek a természetét, amelyek egy félvezető kristály atomjait egymás közelében tartják. Vegyünk például egy szilíciumkristályt.

A szilícium egy négyértékű elem. Ez azt jelenti, hogy külsőleg

az atom héja négy elektronból áll, viszonylag gyengén kötve

egy maggal. Az egyes szilíciumatomok legközelebbi szomszédjainak száma is egyenlő

négy. Egy szomszédos atompár kölcsönhatását a segítségével hajtjuk végre

paionoelektronikus kötés, úgynevezett kovalens kötés. Az oktatásban

ez a kötés minden atomból egy vegyértékelektront foglal magában,

amelyek az atomoktól leszakadnak (a kristály kollektivizálja) és mikor

mozgásukban idejük nagy részét a közötti térben töltik

szomszédos atomok. Negatív töltésük egymás közelében tartja a pozitív szilíciumionokat. Minden atom négy kötést alkot szomszédaival,

és bármelyik vegyértékelektron mozoghat az egyik mentén. Egy szomszédos atomhoz érve továbbléphet a következőre, majd tovább az egész kristályon.

A vegyértékelektronok az egész kristályhoz tartoznak. A szilícium pár-elektron kötései meglehetősen erősek, és alacsony hőmérsékleten nem szakadnak meg. Ezért a szilícium alacsony hőmérsékleten nem vezet elektromos áramot. Az atomok kötésében részt vevő vegyértékelektronok szilárdan kötődnek a kristályrácshoz, mozgásukra a külső elektromos tér nem gyakorol észrevehető hatást.

Elektronikus vezetőképesség.

A szilícium melegítésekor a részecskék mozgási energiája megnő, és

az egyes kapcsolatok megszakadnak. Néhány elektron elhagyja pályáját, és szabaddá válik, mint az elektronok a fémben. Elektromos térben a rács csomópontjai között mozognak, elektromos áramot képezve.

A félvezetők vezetőképessége a szabad fémek jelenléte miatt

elektronok Az elektronokat elektronvezetőképességnek nevezzük. A hőmérséklet emelkedésével növekszik a megszakadt kötések, így a szabad elektronok száma. 300-ról 700 K-ra melegítve a szabad töltéshordozók száma 10,17-ről 10,24 1/m3-ra nő. Ez az ellenállás csökkenéséhez vezet.

Lyuk vezetőképesség.

Amikor egy kötés megszakad, üres hely keletkezik hiányzó elektronnal.

Úgy hívják, hogy lyuk. A lyuk többlet pozitív töltéssel rendelkezik a többi normál kötéshez képest. A kristályban lévő lyuk helyzete nem állandó. A következő folyamat folyamatosan megy végbe. Egy

az atomok kapcsolódását biztosító elektronoktól a csere helyére ugrik

lyukakat képez, és itt helyreállítja a pár-elektronikus kötést.

és ahol ez az elektron kiugrott, ott új lyuk keletkezik. Így

Így a lyuk az egész kristályban mozoghat.

Ha a mintában az elektromos térerősség nulla, akkor a lyukak mozgása, amely a pozitív töltések mozgásával egyenértékű, véletlenszerűen történik, és ezért nem hoz létre elektromos áramot. Elektromos tér jelenlétében a lyukak rendezett mozgása következik be, és így a lyukak mozgásához kapcsolódó elektromos áram hozzáadódik a szabad elektronok elektromos áramához. A lyukak mozgási iránya ellentétes az elektronok mozgási irányával.

Tehát a félvezetőkben kétféle töltéshordozó létezik: elektronok és lyukak. Ezért a félvezetőknek nemcsak elektronikus, hanem lyukas vezetőképességük is van. Az ilyen feltételek melletti vezetőképességet a félvezetők belső vezetőképességének nevezzük. A félvezetők belső vezetőképessége általában alacsony, mivel a szabad elektronok száma kicsi, például germániumban szobahőmérsékleten ne = 3 per 10 in 23 cm in –3. Ugyanakkor a germánium atomok száma 1 köbcm-ben körülbelül 10 a 23-hoz. Így a szabad elektronok száma megközelítőleg az atomok teljes számának tízmilliárd része.

A félvezetők lényeges jellemzője, hogy azok

szennyeződések jelenlétében a belső vezetőképességgel együtt,

további - szennyeződés vezetőképesség. Változó koncentráció

szennyeződéseket, jelentősen megváltoztathatja a töltéshordozók számát

vagy más jel. Ennek köszönhetően lehetséges a félvezetők létrehozása

az uralkodó koncentráció negatív vagy pozitív

erősen töltött hordozók. Felfedezték a félvezetők ezt a tulajdonságát

gyakorlati alkalmazási lehetőséget biztosít.

Donor szennyeződések.

Kiderült, hogy szennyeződések, például arzénatomok jelenlétében még nagyon alacsony koncentrációban is megnő a szabad elektronok száma

sokszor. Ez a következő okból történik. Az arzénatomoknak öt vegyértékelektronja van, amelyek közül négy kovalens kötés létrehozásában vesz részt ezen atom és a környező atomok között, például szilícium atomokkal. Az ötödik vegyértékelektron gyengén kötődik az atomhoz. Könnyen elhagyja az arzénatomot és szabaddá válik. A szabad elektronok koncentrációja jelentősen megnő, és ezerszer nagyobb lesz, mint egy tiszta félvezetőben lévő szabad elektronok koncentrációja. Az elektronokat könnyen átadó szennyeződéseket donor szennyeződéseknek nevezzük, az ilyen félvezetőket pedig n-típusú félvezetőknek. Egy n-típusú félvezetőben az elektronok a többségi töltéshordozók, a lyukak pedig a kisebbségi töltéshordozók.

Akceptor szennyeződések.

Ha szennyeződésként indiumot használunk, amelynek atomjai háromértékűek, akkor a félvezető vezetőképessége megváltozik. Nos, ahhoz, hogy normális pár-elektronikus kötést hozzon létre szomszédaival, az indiumatom nem

elektront kap. Ennek eredményeként lyuk képződik. A kristályon lévő lyukak száma

tal egyenlő a szennyező atomok számával. Ez a fajta szennyeződés az

elfogadónak (fogadónak) nevezzük. Elektromos tér jelenlétében

a lyukak összekeverednek a mezőben, és lyukvezetés következik be. Által-

olyan félvezetők, amelyeknél a lyukvezetés túlsúlyban van az elektronokkal szemben

Ezeket p-típusú félvezetőknek nevezik (a pozitív szóból).

2. Alapvető félvezető eszközök (Felépítés és alkalmazás)

Két alapvető félvezető eszköz létezik: a dióda és a tranzisztor.

Napjainkban a félvezetőkben egyre gyakrabban használják a diódákat a rádióáramkörök elektromos áramának egyenirányítására, valamint a kételektródás lámpákat, mivel számos előnnyel rendelkeznek. A vákuumcsőben töltéshordozó elektronok jönnek létre a katód melegítésével. A p-n átmenetben töltéshordozók keletkeznek, amikor akceptor vagy donor szennyeződés kerül a kristályba, így nincs szükség energiaforrásra a töltéshordozók beszerzéséhez. Összetett áramkörökben az ebből eredő energiamegtakarítás igen jelentősnek bizonyul. Ezenkívül az azonos egyenirányított áramértékekkel rendelkező félvezető egyenirányítók miniatűrebbek, mint a csöves egyenirányítók. A félvezető diódák germániumból és szilíciumból készülnek. szelén és egyéb anyagok. Vizsgáljuk meg, hogyan jön létre a p-n átmenet, ha egy fenékszennyezést használunk, ez az átmenet nem érhető el két különböző típusú félvezető mechanikus összekapcsolásával, mert ez túl nagy hézagot eredményez a félvezetők között. Ez a vastagság nem lehet nagyobb, mint az atomközi távolságok. Ezért az indium beleolvad a minta egyik felületébe. Az indium atomok mélyen a germánium egykristályba való diffúziója miatt a germánium felület közelében p-típusú vezetőképességű régió alakul át. A germánium minta többi része, amelybe az indium atomok nem hatoltak be, még mindig n-típusú vezetőképességű. A régiók között p-n átmenet jön létre. A félvezető diódákban a germánium katódként, az indium pedig anódként szolgál. Az 1. ábra a dióda közvetlen (b) és fordított (c) csatlakozását mutatja.

Az előre- és hátrameneti csatlakozások áram-feszültség karakterisztikája a 2. ábrán látható.

Lecserélték a lámpákat, és nagyon széles körben alkalmazzák a technológiában, főként egyenirányítóknál a diódák is alkalmazásra találtak különféle eszközökben.

Tranzisztor.

Tekintsünk egyfajta germániumból vagy szilíciumból készült tranzisztort, amelyekbe donor és akceptor szennyeződéseket vittek be. A szennyeződések eloszlása ​​olyan, hogy a p-típusú félvezető két rétege között nagyon vékony (több mikrométeres nagyságrendű) n-típusú félvezető réteg jön létre. 3. Ezt a vékony réteget alapnak vagy bázisnak nevezzük. A kristályban két p-n átmenet képződik, amelyek közvetlen irányai ellentétesek. Három különböző típusú vezetőképességű területekről származó kapocs lehetővé teszi a tranzisztor csatlakoztatását a 3. ábrán látható áramkörhöz.

A bal oldali pn átmenet közvetlen, és elválasztja a bázist az emitternek nevezett p-típusú régiótól. Ha nem lenne megfelelő p–n átmenet, áram lenne az emitter-bázis áramkörben, a források (B1 akkumulátor és váltakozó feszültségforrás) feszültségétől függően

ellenállás) és áramköri ellenállás, beleértve az alacsony közvetlen ellenállást

emitter - bázis átmenet. A B2 akkumulátor úgy van csatlakoztatva, hogy az áramkör jobb oldali pn átmenete (lásd 3. ábra) fordított. Elválasztja az alapot a jobb oldali p-típusú régiótól, amelyet kollektornak neveznek. Ha nem lenne bal oldali pn átmenet, az áramkör és a kollektor áramkör közel nulla lenne. Mivel a fordított csomópont ellenállása nagyon magas. Ha áram van a bal oldali p-n átmenetben, akkor a kollektor áramkörében áram jelenik meg, és a kollektorban lévő áramerősség csak valamivel kisebb, mint az emitterben lévő áramerősség. Amikor az emitter és a bázis között feszültség jön létre a p-típusú félvezető fő hordozói - lyukak hatolnak be az alapba, gdr már a fő hordozók. Mivel az alap vastagsága nagyon kicsi, és a benne lévő fő hordozók (elektronok) száma kicsi, a belekerülő lyukak szinte nem egyesülnek (nem rekombinálódnak) az alap elektronjaival és behatolnak a kollektorba. a diffúzióhoz. A jobb oldali pn átmenet zárva van az alap fő töltéshordozóihoz - az elektronokhoz, de nem a lyukakhoz. A kollektorban a lyukakat az elektromos tér elhordja, és befejezi az áramkört. Az alapból az emitter áramkörbe leágazó áram erőssége nagyon kicsi, mivel az alap keresztmetszete a vízszintes síkban (lásd 3. ábra) sokkal kisebb, mint a függőleges síkban lévő keresztmetszete. . A kollektorban lévő áramerősség, amely majdnem megegyezik az emitterben lévő áramerősséggel, az emitterben lévő árammal együtt változik. R ellenállás csekély hatással van a kollektoráramra, és ez az ellenállás meglehetősen nagyra tehető. Az emitter áramának szabályozásával az áramköréhez csatlakoztatott váltakozó feszültségforrással szinkron változást kapunk az ellenálláson átívelő feszültségben. Ha az ellenállás nagy, a feszültség változása több tízezerszer nagyobb lehet, mint a jel változása az emitter áramkörében. Ez feszültségnövekedést jelent. Ezért az R terhelés használatával olyan elektromos jeleket lehet kapni, amelyek teljesítménye sokszorosa az emitter áramkörbe belépő teljesítménynek. Ezek helyettesítik a vákuumcsöveket, és széles körben használják a technológiában.

FÉLVEZETŐ DIÓDÁK

A félvezető diódák egy elektromos csomóponttal és két kivezetéssel rendelkező félvezető eszközök. Váltakozó áram egyenirányítására, váltakozó oszcilláció észlelésére, mikrohullámú rezgések középfrekvenciás oszcillációvá alakítására, egyenáramú áramkörök feszültségének stabilizálására stb. A félvezető diódákat rendeltetésük alapján egyenirányító diódákra, nagyfrekvenciás diódákra, varikapusokra, zenerekre osztják. diódák stb.

Egyenirányító diódák. Az egyenirányító félvezető diódákat a váltakozó áram egyenárammá alakítására tervezték.

A modern egyenirányító diódák alapja az elektron-lyuk csomópont (EDJ), amelyet fúzióval vagy diffúzióval állítanak elő. A felhasznált anyag germánium vagy szilícium.

Az egyenirányító diódákban az egyenirányított áramok nagy értékeinek eléréséhez nagy területű EAF-eket használnak, mivel a dióda normál működéséhez az áramsűrűség a csomóponton keresztül nem haladhatja meg az 1-2 A / mm 2 -t.

Az ilyen diódákat planárisnak nevezik. A kis teljesítményű sík félvezető dióda felépítését az ábra mutatja. 2.1, a. Közepes méretű diódák hőelvezetésének javítása És nagy teljesítményű, a testükhöz csavart hegesztenek, amellyel a diódákat egy speciális radiátorra vagy alvázra rögzítik (2.1. ábra, b).

Az egyenirányító dióda fő jellemzője az áram-feszültség karakterisztika (volt-amper karakterisztika). Az áram-feszültség karakterisztika típusa a félvezető anyagától és hőmérsékletétől függ (2.2. ábra, a és b).

Az egyenirányító félvezető diódák fő paraméterei a következők:

állandó előremenő feszültség U np adott előremenő áram mellett;

a legnagyobb megengedett fordított feszültség U o 6 p max, amelynél a dióda még sokáig normálisan tud működni;

a diódán átfolyó állandó fordított áram U o 6 p max-nak megfelelő fordított feszültség mellett;

átlagos egyenirányított áram, amely hosszú ideig áthaladhat a diódán a fűtés elfogadható hőmérsékletén;

a dióda által disszipált legnagyobb megengedett teljesítmény, at amely biztosítja a dióda meghatározott megbízhatóságát.

Az átlagos egyenirányított áram maximális megengedett értéke szerint a diódákat kis teljesítményű (), közepes teljesítményű ( ) és nagy teljesítményű (). A nagy teljesítményű egyenirányító diódákat teljesítménydiódáknak nevezzük.

A kis teljesítményű egyenirányító elemeket, amelyek sorba kapcsolt egyenirányító félvezető diódák, egyenirányító oszlopoknak nevezzük. Olyan egyenirányító egységeket is gyártanak, amelyekben az egyenirányító diódákat egy bizonyos (például híd) áramkör szerint csatlakoztatják.

Az egyenirányító félvezető diódák 50...10 5 Hz-es frekvencián (teljesítménydiódák - 50 Hz-es frekvencián) képesek működni, azaz alacsony frekvenciájúak.

Nagyfrekvenciás diódák. A nagyfrekvenciás diódák közé tartoznak a 300 MHz-ig terjedő frekvencián működő félvezető diódák. A 300 MHz feletti frekvencián működő diódákat ultramagas frekvenciának (mikrohullámnak) nevezik.

A frekvencia növekedésével a fordított előfeszítésű EHP differenciálellenállásának a töltési kapacitás általi tolatása növekszik. Ez a fordított ellenállás csökkenéséhez és a dióda egyenirányító tulajdonságainak romlásához vezet. Mivel a töltési kapacitás értéke arányos az EAF területével, a csökkentéséhez szükséges az EAF területének csökkentése.

A mikroötvözet diódáknak kicsi a csatlakozási területük, de... Hátránya a kisebbségi töltéshordozók felhalmozódása az alapban, amelyeket a dióda közvetlen bekapcsolásakor injektálnak bele. Ez korlátozza a mikroötvözet diódák teljesítményét (frekvencia tartományát).

A mikrohullámú tartományban működni képes pontdiódák jobb teljesítménnyel és ezáltal magasabb frekvenciával rendelkeznek. Kialakításukban egy körülbelül 0,1 mm átmérőjű fémrugót a hegyével egy félvezető kristályhoz nyomnak. A rugóanyagot úgy választjuk meg, hogy a belőle származó elektronok munkafunkciója nagyobb legyen, mint a félvezetőé. Ebben az esetben a fém-félvezető határfelületen egy blokkoló réteg képződik, az úgynevezett Schottky-gát - amelyet a jelenséget tanulmányozó német tudósról neveztek el. Azokat a diódákat, amelyek működése a Schottky-gát tulajdonságain alapul, Schottky-diódáknak nevezzük. Bennük az elektromos áramot a többségi töltéshordozók viszik, aminek következtében a kisebbségi töltéshordozók befecskendezési és akkumulációs jelenségei nem lépnek fel.

A nagyfrekvenciás és mikrohullámú diódákat nagyfrekvenciás oszcillációk egyenirányítására (egyenirányító), érzékelésre (detektor), teljesítményszint szabályozására (kapcsolás), frekvencia szorzására (szorzásra) és az elektromos jelek egyéb nemlineáris transzformációjára használják.

Varicaps. A varicaps olyan félvezető diódák, amelyek működése a kapacitásnak a fordított feszültségtől való függésén alapul. A varicapokat elektromosan vezérelt kapacitáselemként használják.

A függőség természetét az ábra mutatja. 2.3, a. Ezt a függőséget nevezzük a varicap kapacitás-feszültség jellemzőjének. Fő paraméterek

a varikapok a következők:

névleges kapacitás adott fordított feszültségen mérve;

a Kc kapacitás átfedési együtthatója, amelyet a varikapapacitások aránya határoz meg a fordított feszültség két értékénél;

legnagyobb megengedett fordított feszültség;

Q B minőségi tényező a varicap reaktancia és a veszteségellenállás aránya.

Félvezető zener diódák. A félvezető zener dióda egy félvezető dióda, amelynek feszültsége bizonyos pontossággal megmarad, amikor az áthaladó áram egy adott tartományban változik. Úgy tervezték, hogy stabilizálja a feszültséget az egyenáramú áramkörökben.

A Zener-dióda áram-feszültség karakterisztikája az ábrán látható. 2.4, a, és a szimbólum az ábrán látható. 2.4, b.

Ha egy szilícium lapka mindkét oldalán EHP-t hoz létre, akkor szimmetrikus áram-feszültség karakterisztikával rendelkező zener-diódát kap - szimmetrikus zener-diódát (2.4. ábra, c).

A zener dióda munkarésze az elektromos meghibásodás szakasza. Amikor a zener-diódán átfolyó áram értékről értékre változik. a rajta lévő feszültség alig tér el az értéktől A zener diódák használata ezen a tulajdonságon alapul.

A szilícium-zener-diódán lévő feszültségstabilizátor működési elve (2.4. ábra, d) az, hogy az U VX feszültség változása esetén a zener-diódán átfolyó áram, valamint a zener-diódán lévő feszültség és az R terhelés megváltozik. ezzel párhuzamosan gyakorlatilag nem változik.

A szilícium zener diódák fő paraméterei a következők:

stabilizációs feszültség U st;

minimális és maximális stabilizációs áramok;

legnagyobb megengedett teljesítmény disszipáció

differenciálellenállás a stabilizációs szakaszban ;

a feszültség hőmérsékleti együtthatója a stabilizáló szakaszban

A modern zener-diódákban a stabilizáló feszültség 1 és 1000 V között van, 1 mA és 2 A közötti stabilizációs árammal. Az 1 V-nál kisebb feszültségek stabilizálására a szilíciumdióda áram-feszültség karakterisztikájának közvetlen ága, az úgynevezett stabisztor, használják. Zener-diódákhoz B. Zener-diódák (vagy stabisztorok) sorba kapcsolásával tetszőleges stabilizációs feszültség érhető el.

A differenciálellenállás a stabilizációs szakaszban megközelítőleg állandó, és a legtöbb zener-diódánál 0,5...200 Ohm. A feszültség hőmérsékleti együtthatója lehet pozitív (a zener diódáknál ) és negatív (az U CT-vel rendelkező zener diódáknál< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

BIPOLÁRIS TRANZISZTOROK

A bipoláris tranzisztor (BT) vagy egyszerűen csak egy tranzisztor egy félvezető eszköz, két egymással kölcsönhatásba lépő EDP-vel és három vagy több kivezetéssel, amelynek erősítő tulajdonságait a kisebbségi töltéshordozók befecskendezésének és kivonásának jelenségei határozzák meg.

Az elektron-lyuk csomópontok egy félvezető három, különböző típusú elektromos vezetőképességű régiója között jönnek létre. A p- és n-régiók váltakozási sorrendjének megfelelően a BT-ket p-p-p típusú tranzisztorokra és p-p-p típusú tranzisztorokra osztják (2.5. ábra).

A tranzisztor középső tartományát bázisnak nevezzük, az egyik szélső tartomány az emitter (E), a másik a kollektor (K). Általában a szennyeződések koncentrációja az emitterben nagyobb, mint a kollektorban. A p-p-p típusú BT-ben az alap p-típusú elektromos vezetőképességű, az emitter és a kollektor n-típusú.

Az emitter és a bázis között kialakuló EDP-t emitternek, az alap és a kollektor között pedig kollektornak nevezik.

A tranzisztor működési módjai. Az emitter és a kollektor EDP áramforrásokhoz való csatlakoztatásának módjától függően a bipoláris tranzisztor négy üzemmód egyikében működhet: levágás, telítés, aktív és inverz.

Az emitter és a kollektor EAF-ek levágási módban (2.6. ábra, a) fordított irányban, a telítési módban (2.6., 6. ábra) pedig előrefelé tolódnak el. A kollektoráram ezekben az üzemmódokban gyakorlatilag független az emitter feszültségétől és áramától.

Levágási és telítési módok akkor használatosak, ha a BT-t pulzáló és kulcsfontosságú eszközökben működtetik.

Amikor a tranzisztor aktív üzemmódban működik, az emitter átmenete előre, a kollektor átmenet pedig az ellenkező irányba tolódik el (2.6. ábra, c).

A 11e egyenfeszültség hatására az emitter áramkörben áram folyik, kollektor- és bázisáramokat hozva létre, így

A kollektoráram két összetevőből áll: szabályozott, az emitterárammal arányos és nem szabályozott, amelyet a kisebbségi vivők sodródása hoz létre a fordított előfeszítésű kollektor átmeneten keresztül. Az arányossági tényezőt az emitteráram statikus átviteli tényezőjének nevezzük. A legtöbb modern BT-hez és több.

Az alapáram egy rekombinációs komponenst tartalmaz, amelyet a bázisba belépő elektronok okoznak, hogy kompenzálják a bázisban rekombináló lyukak pozitív töltését, valamint a kollektoráram egy szabályozatlan összetevője, így

Ha BT-t használunk erősítő elemként, az egyik kivezetésnek közösnek kell lennie a bemeneti és kimeneti áramkörökben. ábrán látható diagramon. 2.6, c, a közös elektróda az alap. Az ilyen BT-csatlakozó áramkört közös bázisú (CB) áramkörnek nevezik, és általában az ábrán látható módon ábrázolják. 2.7, a. A gyakorlatban az OB áramkör mellett közös emitteres (CE) és közös kollektoros (CC) áramköröket is alkalmaznak.

Az OE áramkörben (2.7. ábra, b) a kimeneti és bemeneti áramok közötti kapcsolatot az egyenlet határozza meg

Az együtthatót statikus alapáram-átviteli tényezőnek nevezzük. Az arányhoz kapcsolódik

at az értékek 19...99 tartományban vannak.

Az alkatrész a fordított (szabályozatlan) kollektoráramot képviseli az eredeti áramkörben. Ez az áram az áramkörben lévő fordított áramhoz csatlakozik

Az arányról

A (2.4) összefüggésből az következik, hogy a fordított kollektor áram az OE áramkörben lényegesen nagyobb, mint az OB áramkörben. Ez azt jelenti, hogy az OE áramkör hőmérsékletének változása nagyobb hatással van az áramok változására (és ezáltal a statikus jellemzők és paraméterek változására), mint az OB áramkörben. Ez az egyik hátránya annak, hogy a BT-t bevonják az OE-rendszerbe.

Amikor bekapcsolja a BT-t az OK séma szerint. (2.7. ábra, c) a kimeneti és bemeneti áramok közötti kapcsolatot az összefüggés határozza meg

A (2.2) és (2.5) kifejezések összehasonlításából az következik, hogy a BT bemeneti és kimeneti árama közötti függőségek az OE és az OK áramkörökben megközelítőleg azonosak. Ez lehetővé teszi ugyanazon jellemzők és paraméterek használatát az OE és az OK áramkörök kiszámításához.

Az inverz üzemmód az EAF emitterére és kollektorára adott feszültségek ellentétes polaritásában tér el az aktív módtól.

Statikus jellemzők. A statikus jellemzők bonyolult összefüggéseket fejeznek ki az áramok és feszültségek között

a tranzisztor elektródái és a csatlakozás módjától függenek.

ábrán. A 2.8. ábra egy n - p - n típusú BT bemeneti jellemzőinek családját mutatja be, amely az OE áramkör szerint van bekötve, amely a függőséget fejezi ki. Amikor a bemeneti karakterisztika az

az EHP emitter áram-feszültség karakterisztikájának közvetlen ága. Ha a kollektor feszültsége pozitív, a bemeneti karakterisztika jobbra tolódik el.

A kimeneti jellemzők (2.8. ábra, b) tükrözik a függőséget. A karakterisztika meredek része a telítési módnak, a lapos rész pedig az aktív módnak felel meg. A kollektor és a bázisáramok közötti kapcsolatot egy lapos szakaszon a (2.2) kifejezés határozza meg.

Statikus üzemmód kis jelparaméterei. Ha egy tranzisztor erősítő üzemmódban működik, akkor a tulajdonságait kisjelű paraméterek határozzák meg, amihez a tranzisztor lineáris elemnek tekinthető. A gyakorlatban leggyakrabban kisjelű hibrid vagy h-paramétereket alkalmaznak. A h-paraméterek rendszerében a változó komponensek kis amplitúdójú áramait és feszültségeit a következő összefüggések kapcsolják össze:

- bemeneti ellenállás;

- feszültség visszacsatolási együttható

- egyenáram átviteli tényező;

- kimeneti vezetőképesség.

A és paramétereket a kimeneti áramkör rövidzárlati üzemmódjában, a és a paramétereket pedig a bemeneti áramkör üresjárati üzemmódjában mérik. Ezek a módok könnyen megvalósíthatók. A h-paraméterek értéke a tranzisztor bekapcsolásának módjától függ, alacsony frekvenciákon pedig statikus jellemzőkből lehet meghatározni. Ebben az esetben a kis áramok és feszültségek amplitúdóit növekményekkel helyettesítik. Tehát például amikor egy tranzisztort egy OE-vel rendelkező áramkör szerint kapcsolunk be, az A pont bemeneti jellemzőiből meghatározott és paraméterek képleteit (2.8. ábra, a) a következő formában írjuk:

A és paramétereket a kimeneti (2.8. ábra, b) jellemzők határozzák meg a képletekkel:

A -paraméterek hasonló módon kerülnek meghatározásra, amikor a tranzisztort az OB-vel ellátott áramkör szerint kapcsolják be.

A kisjelű paramétereket ennek megfelelően az emitteráram és az alapáram átviteli együtthatóinak nevezzük. Jellemzik a tranzisztor erősítési tulajdonságait a váltakozó jelek árama szempontjából, és értékük a tranzisztor működési módjától és az erősített jelek frekvenciájától függ. Így a frekvencia növekedésével az alap áramátviteli tényező modulusa csökken

Azt a frekvenciát, amelynél alacsony frekvencián az értékének a szorzójával csökken, az alapáram átvitelének határfrekvenciájának nevezzük, és jelöljük. Azt a frekvenciát, amelynél 1-re csökken, BT határfrekvenciának nevezzük, és jelöléssel jelöljük. A vágási frekvencia értéke alapján a tranzisztorokat alacsony frekvenciájú, középfrekvenciás, nagyfrekvenciás és ultramagas frekvenciájú tranzisztorokra osztják.

TIRISZTOROK

A tirisztor két stabil állapotú félvezető eszköz, amely három vagy több átmenettel rendelkezik, és képes átváltani zárt állapotból nyitott állapotba és fordítva.

A két csatlakozóval rendelkező tirisztorokat diódáknak vagy dinisztoroknak, a három terminálú tirisztorokat triódáknak vagy trinisztoroknak nevezzük.

Dinistorok. A dinisztor szerkezete négy félvezető régióból áll, váltakozó típusú elektromos vezetőképességgel , amelyek között három EDP jön létre. A szélső EDP-k emitterek, a középső kollektorok. A tartományt emitternek vagy anódnak, a tartományt katódnak nevezzük.

A dinisztor anódjának csatlakoztatása egy külső forrás pozitív pólusához, a katód pedig a negatívhoz a dinisztor közvetlen csatlakoztatásának felel meg. Ha a forrásfeszültség polaritása megfordul, fordított kapcsolás történik.

Közvetlen csatlakoztatás esetén a dinisztor két p - n - p és n - p - n tranzisztor kombinációjaként ábrázolható (2.9. ábra, a) emitter áramátviteli együtthatókkal és .

A dinisztoron átfolyó áram tartalmazza a tranzisztor lyukbefecskendező komponensét, a tranzisztor elektronikus befecskendező komponensét és a kollektor átmenet fordított áramát, azaz.

Egyelőre a dinisztor zárva van. at folyamatok alakulnak ki a dinisztorban, ami a befecskendező áram komponenseinek lavinaszerű növekedéséhez vezet, és a kollektor csomópontot előreirányítja. Ebben az esetben a dinisztor ellenállása meredeken csökken, és a rajta lévő feszültségesés nem haladja meg az 1-2 V-ot. A forrásfeszültség többi része a korlátozó ellenálláson esik le (2.9. ábra, b).

Amikor a dinisztort visszakapcsolják, egy kis fordított áram folyik át rajta.

SCR. A tirisztor abban különbözik a dinisztortól, hogy az alapterületről további vezérlőkimenet van jelen (2.10. ábra, a). A következtetést bármilyen alapból le lehet vonni. A tűhöz csatlakoztatott forrás létrehozza

vezérlőáram, amely összeadja a főáramot. Ennek eredményeként a tirisztor zárt állapotból nyitott állapotba kapcsol alacsonyabb U a érték mellett (2.10. ábra, b).

Ötrétegű szerkezetekben a szélső tartományok megfelelő végrehajtásával szimmetrikus áram-feszültség karakterisztikát kaphatunk (2.10. ábra, c). Az ilyen tirisztort szimmetrikusnak nevezik. Lehet dióda (diac) vagy trióda (triac).

A tirisztor kikapcsolása az anódáram csökkentésével (vagy megszakításával) vagy az anódfeszültség polaritásának megváltoztatásával történik.

A figyelembe vett tirisztorokat nem zárhatónak nevezzük. Léteznek kikapcsoló tirisztorok is, amelyek a vezérlőelektróda áramának változtatásával nyitottról zártra kapcsolhatók. Kialakításukban különböznek a nem zárhatóaktól.

A tirisztor paraméterei. A tirisztorok fő paraméterei a következők:

bekapcsolási feszültség;

feloldó vezérlőáram;

kikapcsolási áram ;

maradó feszültség U np ;

t bekapcsolási idő;

leállási idő;

késleltetési idő t 3 ;

az előremenő feszültség (du/dt) max és az előremenő áram (di/dl) max.

A tirisztorokat széles körben használják vezérelt egyenirányítókban, DC-AC konverterekben (inverterekben), feszültségstabilizátorokban,

érintés nélküli kapcsolóként, elektromos hajtásokban, automatizálási eszközökben, telemechanikában, számítástechnikában stb.

A tirisztorok szimbólumai az ábrán láthatók. 2.11.

MEZŐI TRANZISZTOROK

A térhatású tranzisztor (FET) olyan félvezető eszköz, amelynek erősítő tulajdonságait azonos előjelű fő töltéshordozók áramlása határozza meg, amelyek egy vezető csatornán keresztül áramlanak át, és amelyet elektromos tér vezérel.

A csatornától elválasztott vezérlőelektródát kapunak nevezzük. A kapuszigetelés módszere alapján a térhatású tranzisztorok három típusra oszthatók:

1) vezérlő p-n átmenettel vagy p-t kapuval;

2) fém félvezető kapuval vagy Schottky kapuval;

3) szigetelt redőnnyel.

Mezőhatás tranzisztorok p- n - redőny Egy p-n kapuval rendelkező térhatású tranzisztorban (2.12. ábra) az n-típusú csatorna el van szigetelve a hordozótól és a p-n kaputól

mozog, amelyek a feltétel teljesülése miatt főleg a csatornában alakulnak ki. Amikor a csatorna vastagsága a legnagyobb, az ellenállása minimális. Ha a kapura negatív feszültséget kapcsolunk a forráshoz képest, akkor a p-n átmenetek kitágulnak, a csatorna vastagsága csökken, ellenállása megnő. Ezért, ha a forrás és a lefolyó közé feszültségforrás van csatlakoztatva, akkor a csatornán átfolyó Ic áram szabályozható a csatorna ellenállásának változtatásával a kapura adott feszültség segítségével. A p-n kapuval rendelkező PT működése ezen az elven alapul.

A p-n kapuval rendelkező PT fő statikus jellemzői az átviteli (drain-gate) és a kimeneti (drain) jellemzők (2.13. ábra).

Azt a kapufeszültséget, amelynél a csatorna teljesen elzáródik, és a leeresztőáram tized mikroamperre csökken, levágási feszültségnek nevezzük, és jelöljük.

Az U 3I = 0 leeresztőáramot kezdeti leeresztőáramnak nevezzük.

A kimeneti jellemzők meredek, ohmos és lapos területeket tartalmaznak. A lapos régiót telítési tartománynak vagy csatornaátfedési tartománynak is nevezik.

A csatornán átfolyó leeresztőáram feszültségesést hoz létre az elosztott ellenállásán, ami növeli a csatorna-kapu és a csatorna-szubsztrát fordított feszültségét, ami a csatornavastagság csökkenéséhez vezet. A fordított feszültségek a drén határán érik el legnagyobb értéküket, és ezen a területen a csatorna szűkülése maximális (2.12. ábra). Egy bizonyos feszültségértéknél mindkét p-n csomópont bezárul az elvezető tartományban, és a csatorna átfedi. Ezt a leeresztő feszültséget flashover feszültségnek vagy telítési feszültségnek nevezik (). Ha a kapura fordított feszültséget kapcsolunk, a csatorna további szűkülése következik be, és blokkolása alacsonyabb feszültségértéknél következik be.

Mezőhatás tranzisztorok Schottky kapuval. IN PT Schottky-kapunál a csatornaellenállást a kapufeszültség hatására a fém és a félvezető határfelületén kialakított egyenirányító átmenet vastagságának változtatásával szabályozzák. A p-n átmenethez képest az egyenirányító fém-félvezető átmenet lehetővé teszi a csatorna hosszának jelentős csökkentését: 0,5...1 µm-re. Ezzel egyidejűleg a FET teljes szerkezetének méretei jelentősen lecsökkennek, aminek következtében a Schottky-sorompós FET-ek magasabb frekvenciákon - 50...80 GHz-ig - képesek működni.

Térhatású tranzisztorok szigetelt kapuval. Ezek a tranzisztorok fém-dielektrikum-félvezető szerkezettel rendelkeznek, és röviden MOS-tranzisztoroknak nevezik. Ha szilícium-oxidot használnak dielektrikumként, akkor ezeket MOS tranzisztoroknak is nevezik.

Kétféle MOS tranzisztor létezik: indukált és beépített csatornás.

Az indukált p-típusú csatornával rendelkező MOS tranzisztorokban (2.14. ábra) a p-típusú lefolyó és forrás régiók két ellenáramú régiót alkotnak a hordozó n-régiójával

Az EAF-ek be vannak kapcsolva, és ha bármilyen polaritású forrást csatlakoztatnak hozzájuk, nem lesz áram az áramkörben. Ha a kapura negatív feszültséget kapcsolunk a forráshoz és a szubsztráthoz képest, akkor ennek a feszültségnek megfelelő értékével a kapu alatt elhelyezkedő félvezető felületközeli rétegében az elektromos vezetőképesség típusának inverziója következik be, és a a lefolyó és a forrás p-régióit p-típusú csatorna köti össze. Ezt a kapufeszültséget küszöbfeszültségnek nevezik, és jelölése . A negatív kapufeszültség növekedésével az inverziós réteg behatolási mélysége a félvezetőbe növekszik, ami a csatorna vastagságának növekedésének és ellenállásának csökkenésének felel meg.

Az indukált p-típusú csatornával rendelkező MOS tranzisztor átviteli és kimeneti jellemzőit az ábra mutatja be. 2.15. A csatornaellenállás feszültségesése csökkenti a kapu közötti feszültséget

valamint a csatorna és a csatorna vastagsága. A csatorna legnagyobb szűkülete a lefolyónál lesz, ahol a legalacsonyabb a feszültség .

Azokban a MOS tranzisztorokban, amelyek beépített csatornával rendelkeznek a lefolyó és a forrás régiók között, már a gyártási szakaszban létrejön egy vékony felületközeli réteg (csatorna), amelynek elektromos vezetőképessége megegyezik a lefolyóval és a forrással. Ezért az ilyen tranzisztorokban a kezdeti áramnak nevezett leeresztőáram a -n folyik.

A beépített p-típusú csatornával rendelkező MOS tranzisztor statikus kimeneti és átviteli jellemzőit az ábra mutatja. 2.16.

A PT differenciálparaméterei. A PT tulajdonságait a fent tárgyalt paramétereken kívül differenciális paraméterek jellemzik: az átviteli karakterisztika meredeksége, vagy a PT meredeksége; differenciális ellenállás és statikus erősítés.

A PT at meredeksége a tranzisztor erősítési tulajdonságait jellemzi, kis teljesítményű tranzisztoroknál pedig általában több mA/V.

A at differenciálellenállás az egyenáramú csatorna váltakozó árammal szembeni ellenállása.

A PT meredeksége a statikus kimeneti vagy átviteli karakterisztikával (2.16. ábra) határozható meg a kifejezés alapján

és a differenciális ellenállás - a kimeneti jellemzők szerint a kifejezésnek megfelelően

Statikus nyereség at általában a képlet segítségével számítják ki.

A térhatású tranzisztorok szimbólumait az ábra mutatja. 2.17.

A térhatású tranzisztorokat nagy bemeneti ellenállású erősítőkben, kapcsoló- és logikai eszközökben, valamint vezérelt csillapítókban használják olyan elemként, amelynek ellenállása a vezérlőfeszültség hatására változik.

Kapcsolódó információk.