Rezistoare, diode semiconductoare, tranzistoare. Tranzistoare și diode semiconductoare. Tranzistoare biopolare și cu efect de câmp

Conducția unidirecțională a contactelor dintre doi semiconductori (sau metal la semiconductor) este utilizată pentru a redresa și a converti curenții alternativi. Dacă există o tranziție electron-gaură, atunci acțiunea sa este similară cu acțiunea a doi

lampă cu electrod - diodă Prin urmare, se numește un dispozitiv semiconductor care conține o joncțiune p-n diodă semiconductoare (cristalină). Semiconductor diode prin proiect ele se împart în punct Şi plană. Dacă un impuls de curent pe termen scurt este trecut printr-o diodă în direcția înainte, se formează un strat cu p-conductivitate. La limita acestui strat se formează o joncțiune pn cu un coeficient de rectificare ridicat. Datorită capacității scăzute a stratului de contact, diodele punctiforme sunt utilizate ca detectoare (redresoare) de oscilații de înaltă frecvență până la intervalul de lungimi de undă centimetrică.

Joncțiunile p-n nu numai că au proprietăți excelente de redresare, dar pot fi folosite și pentru amplificare, iar dacă feedback-ul este introdus în circuit, atunci pentru generarea de oscilații electrice. Dispozitivele destinate acestor scopuri sunt

a primit numele triode semiconductoare sau tranzistoare. Germaniul și siliciul sunt utilizate pentru fabricarea tranzistoarelor, deoarece se caracterizează printr-o rezistență mecanică mare, rezistență chimică și mai mare decât celelalte

semiconductori, mobilitatea purtătorilor de curent. Triodele semiconductoare sunt împărțite în punct Şi plană. Primele cresc semnificativ tensiunea, dar puterile lor de ieșire sunt scăzute din cauza pericolului de supraîncălzire (de exemplu, limita superioară a funcționării).

Temperatura unei triode de germaniu se află în intervalul 50 - 80 °C. Triodele planare sunt mai puternice. Ar putea fi ca p-p-pși tip p-p-pîn funcţie de alternanţa zonelor cu conductivitate diferită. tranzistor consta din bazele (partea de mijloc a tranzistorului), emițător Şi colector (zone adiacente bazei pe ambele părți cu un tip diferit de conducție-

poduri). Între emițător și bază este aplicată o tensiune de polarizare directă constantă, iar între bază și colector se aplică o tensiune de polarizare inversă constantă. Sursele de tensiune alternativă amplificată -

la impedanța de intrare , iar cel amplificat este scos din rezistența de ieșire. Fluxul de curent în circuitul emițătorului

este cauzată în principal de mișcarea găurilor (sunt principalii purtători de curent) și este însoțită de injectarea lor - injectare - spre zona de bază. Orificiile care patrund in baza difuzeaza spre colector, si cu o grosime mica

Nu la bază, o parte semnificativă din găurile injectate ajunge la colector. Aici găurile sunt captate de câmpul care acționează în interiorul joncțiunii (atras de colectorul încărcat negativ), în urma căruia curentul colectorului se modifică. Prin urmare, toate

O anumită modificare a curentului în circuitul emițătorului provoacă o modificare a curentului în circuitul colectorului. Un tranzistor, ca un tub cu vid,

dă o creștere atât a tensiunii, cât și a puterii.

25.(Forța Lorentz. Lucrarea forței Lorentz. Efectul Hall)

Forță care acționează asupra unei sarcini electrice Q, se deplasează într-un câmp magnetic cu viteza V , numit forța Lorentz și se exprimă prin formula, unde ÎN- inducerea câmpului magnetic în care se mișcă sarcina.

Modulul de forță Lorentz , unde α este unghiul dintre vŞi ÎN. Forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară pe viteza de mișcare a unei particule încărcate, deci schimbă doar direcția acestei viteze, fără a-și schimba modulul. Prin urmare, forța Lorentz

nu face nicio treabă. Cu alte cuvinte, un câmp magnetic constant nu lucrează asupra unei particule încărcate care se mișcă în ea, iar energia cinetică a acestei particule nu se modifică atunci când se mișcă într-un câmp magnetic. Dacă pe un electric în mișcare

încărcarea în plus față de câmpul magnetic cu inducție ÎN exista si un camp electric cu intensitatea E, apoi forța rezultantă F, aplicată sarcinii este egală cu suma vectorială a forțelor - forța care acționează din câmpul electric și forța Lorentz: Direcția forței Lorentz și direcția deflexiei unei particule încărcate într-un câmp magnetic cauzate de aceasta depind de semnul sarcinii Q particule.

Efect Hall (1879) este apariția într-un metal (sau semiconductor) cu o densitate de curent j, plasat într-un câmp magnetic ÎN, câmp electric într-o direcție perpendiculară pe ÎN Laj. Să plasăm o placă de metal cu o densitate de curent j la magnetic

domeniu ÎN, perpendiculară j .Pentru o direcţie dată j viteza purtătorilor de curent în metal - electroni - este direcționată de la dreapta la stânga. Electronii experimentează forța Lorentz, care în acest caz este îndreptată în sus. Astfel, la marginea superioară a plăcii va fi o concentrație crescută de electroni (va fi încărcată negativ), iar la marginea inferioară va fi lipsă de electroni (va fi încărcată pozitiv). Ca rezultat, un câmp electric transversal suplimentar va apărea între marginile plăcii Ev,îndreptată de jos în sus. Când tensiune Ev Acest câmp transversal atinge o asemenea valoare încât efectul său asupra sarcinilor va echilibra forța Lorentz, apoi se va stabili o distribuție staționară a sarcinilor în direcția transversală.

Atunci unde O- latimea placii; ∆f - diferență de potențial transversală (Hall).

Având în vedere că puterea actuală I = jS =nevS (S- aria secțiunii transversale a grosimii plăcii d, n- concentrația de electroni, v - viteza medie a mișcării ordonate a electronilor, j-densitatea curentului = env), obținem i.e. Diferența de potențial transversală Hall este proporțională cu inducția magnetică ÎN, puterea curentului / și este invers proporțională cu grosimea plăcii d.

- constantă de sală, in functie de substanta. De valoarea măsurată a constantei Hall poate fi: 1) determinată

concentrația purtătorilor de curent în conductor (cu natura cunoscută a conductivității și încărcăturii purtătorilor); 2) judecați natura conductibilității semiconductorilor, deoarece semnul constantei Hall coincide cu semnul sarcinii e a purtătorilor de curent. Prin urmare efectul

Efectul Hall este cea mai eficientă metodă pentru studierea spectrului de energie al purtătorilor de curent din metale și semiconductori.

Clasificarea dispozitivelor semiconductoare și scopul acestora.

Electronica industrială utilizează un număr mare de tipuri diferite de dispozitive semiconductoare, care pot fi împărțite în mai multe grupuri principale: 1) rezistențe semiconductoare; 2) diode semiconductoare; 3) tranzistoare bipolare; 4) tranzistoare cu efect de câmp; 5) tiristoare.

Rezistoarele și diodele semiconductoare sunt dispozitive cu doi electrozi, tranzistoarele bipolare și cu efect de câmp sunt dispozitive cu trei electrozi. Tiristoarele pot fi fie cu doi electrozi, fie cu trei electrozi.

Rezistoarele semiconductoare folosesc un material semiconductor izotrop (omogen), ale cărui proprietăți electrice determină caracteristicile electrice ale rezistorului. Diodele semiconductoare folosesc semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, formând o joncțiune p-n. Caracteristicile electrice ale diodei sunt determinate în principal de proprietățile electrice ale joncțiunii p-n.

În tranzistoarele bipolare, semiconductorii cu diferite tipuri de conductivitate electrică formează două joncțiuni p-n. Caracteristicile electrice ale tranzistoarelor bipolare sunt determinate de proprietățile electrice ale acestor joncțiuni pn și depind în mod semnificativ de interacțiunea lor. Tranzistoarele cu efect de câmp se bazează pe semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, care formează o joncțiune p-n. Dar, spre deosebire de diodele și tranzistoarele bipolare, caracteristicile electrice ale tranzistorilor cu efect de câmp depind de interacțiunea unui canal semiconductor izotrop cu o joncțiune p-n.

Tiristoarele folosesc semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, care formează trei sau mai multe joncțiuni p-n. Principalele caracteristici electrice ale tiristoarelor sunt determinate de interacțiunea acestor joncțiuni p-n.

Diode semiconductoare

O diodă semiconductoare este un dispozitiv semiconductor cu conversie electrică cu o joncțiune electrică și două terminale.

Clasificarea și desemnarea grafică convențională a diodelor semiconductoare sunt date în tabel. 2.2. După cum se poate observa din tabel, toate diodele semiconductoare sunt împărțite în două clase: punctiforme și plane.

O diodă punctuală folosește o placă de germaniu sau siliciu cu conductivitate electrică de tip n, de 0,1-0,6 mm grosime și 0,5-1,5 mm 2 în suprafață; un fir de oțel ascuțit intră în contact cu placa (Fig. 2.5), formând o joncțiune p-n în punctul de contact.

Caracteristicile curent-tensiune ale unei diode punctuale la diferite temperaturi sunt prezentate în Fig.

Datorită suprafeței mici de contact, curentul direct și capacitatea interelectrodului unor astfel de diode sunt relativ mici, ceea ce le permite să fie utilizate în regiunea frecvențelor foarte înalte (diode cu microunde). Diodele punctiforme servesc în principal la redresarea curentului alternativ (diode redresoare).

În diodele plane, joncțiunea pn este formată din doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, iar aria de joncțiune a diferitelor tipuri de diode variază de la sutimi de milimetru pătrat (diode microplanare) la câteva zeci de centimetri pătrați (diode de putere). ).

Conform metodei de introducere a impurităților, diodele sunt împărțite în aliaj și difuzie.

Caracteristicile electrice ale unei diode plane sunt determinate de caracteristicile joncțiunii pn. În funcție de scopul diodei, aceasta utilizează anumite caracteristici ale joncțiunii p-n.

Să aruncăm o privire mai atentă la tipurile și caracteristicile diferitelor diode plane.

O diodă de redresare este un dispozitiv semiconductor care, ca o diodă punctiformă, utilizează proprietățile de redresare ale unei joncțiuni p-n.

Designul unei diode redresoare puternice este prezentat în Fig. 2.7. Diodele redresoare de putere redusă, precum și diodele redresoare proiectate pentru funcționarea în circuite de înaltă frecvență și impulsuri, au de obicei un design similar cu diodele punctiforme.

Caracteristica curent-tensiune a unei diode redresoare puternice este prezentată în Fig. 2.8.

Datorită suprafeței lor mari de joncțiune, diodele plane sunt proiectate pentru curent direct ridicat. De obicei, tensiunea directă a diodei nu depășește 1-2 V, în timp ce densitatea de curent în semiconductor ajunge la 1-10 A/mm2, ceea ce determină o ușoară creștere a temperaturii acestuia. Pentru a menține funcționalitatea unei diode cu germaniu, temperatura acesteia nu trebuie să depășească 85-100° C. Diodele cu siliciu pot funcționa la temperaturi de 150-200° C.

Când o tensiune inversă este aplicată unei diode semiconductoare, apare în ea un ușor curent invers (Fig. 2.8), cauzat de mișcarea purtătorilor de sarcină minoritari prin joncțiunea p-n.

Pe măsură ce temperatura joncțiunii pn crește, numărul purtătorilor de sarcină minoritari crește datorită tranziției unor electroni din banda de valență la banda de conducere și formării perechilor de purtători de sarcină electron-gaură. Prin urmare, curentul invers al diodei crește.

Când o tensiune inversă de câteva sute de volți este aplicată diodei, câmpul electric extern din stratul de blocare devine atât de puternic încât poate trage electroni din banda de valență în banda de conducție (efectul Zener). În acest caz, curentul invers crește brusc, ceea ce determină încălzirea diodei, o creștere suplimentară a curentului și, în final, defalcarea termică (distrugerea) joncțiunii p-n. Majoritatea diodelor pot funcționa în mod fiabil la tensiuni inverse care nu depășesc (0,7-0,8) eșantioane U. Chiar și o creștere pe termen scurt a tensiunii inverse peste tensiunea de defalcare, de regulă, duce la defectarea joncțiunii p-n și la defecțiunea diodei.

Parametrii principali ai diodelor redresoare punctiforme și plane sunt: ​​curentul direct al diodei I pr, care este normalizat la o anumită tensiune directă (de obicei 1-2 V). Curentul direct maxim admisibil al diodei I pr max, tensiunea inversă maxim admisibilă a diodei U rev max; curent invers de diodă I rev, care este normalizat la tensiunea inversă maximă U rev max. Parametrii diferitelor diode redresoare sunt prezentați în tabel.

Dioda Zener cu semiconductor- o diodă semiconductoare, tensiunea de care în zona defecțiunii electrice depinde slab de curent și care este utilizată pentru stabilizarea tensiunii.

O diodă zener semiconductoare funcționează în zona de defecțiune electrică a joncțiunii p-n. Pentru a preveni defectarea termică, designul diodei zener asigură îndepărtarea eficientă a căldurii din joncțiunea p-n. Cel mai comun material pentru diodele zener este siliciul. Caracteristica curent-tensiune a unei diode zener semiconductoare este prezentată în Fig.

După cum se poate observa din figură, în regiunea de defalcare, tensiunea de pe dioda zener U CT se modifică doar ușor cu modificări mari ale curentului de stabilizare I CT. Această caracteristică a diodei zener este utilizată pentru a obține o tensiune stabilă, de exemplu în stabilizatoarele parametrice de tensiune.

Parametrii principali ai unei diode zener semiconductoare sunt: ​​tensiunea de stabilizare U CT; rezistenta dinamica in sectiunea de stabilizare Rd = d U CT / dI CT ; curent minim de diodă zener Ist min; curent maxim al diodei zener Ist max; coeficient de temperatură al tensiunii în secțiunea de stabilizare TKU = d U CT /dT 100%.

Tensiunea de stabilizare a diodelor zener moderne se află în intervalul 1-1000 V și depinde de grosimea stratului de blocare al joncțiunii p-n.

Dioda tunel- o diodă semiconductoare bazată pe un semiconductor degenerat, în care efectul de tunel duce la apariția unei secțiuni de conductivitate diferențială negativă asupra caracteristicilor curent-tensiune la tensiune directă (vezi figura).

Ramura directă c este folosită ca ramură de lucru. O. X.

Materialul pentru diodele tunel este arseniură de germaniu sau galiu puternic dopată.

Parametrii principali ai unei diode tunel sunt: ​​curentul de vârf Ip (curba 1 din Fig.) și raportul dintre curentul de vârf și curentul de vale Ip/Ib. Pentru diodele produse de industria autohtonă, Ip = 0,1-100 mA și Ip / Iv = 5 - 20.

Diodele tunel sunt dispozitive semiconductoare de mare viteză și sunt utilizate în oscilatoarele de înaltă frecvență și comutatoarele cu impulsuri de mare viteză.

Dioda inversata- un tip de diodă tunel cu un curent de vârf Ip = 0 (curba 2 din figură). Dacă tensiunea directă Upr este aplicată diodei inversate< 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.

Diodele inversate sunt utilizate, ca și diodele tunel, în dispozitivele cu impulsuri, precum și ca convertoare de semnal (mixere și detectoare) în dispozitivele radio.

Varicap- o dioda semiconductoare care foloseste dependenta de capacitate

joncțiunea p-n de la tensiune inversă și care este destinată utilizării ca element cu o valoare a capacității controlată electric. Materialul semiconductor pentru fabricarea varicapsului este siliciul. Dependența capacității varicap de tensiunea inversă este prezentată în Fig.

Parametrii principali ai varicapului sunt: ​​capacitatea totală a varicapului C, care este de obicei fixată la o mică tensiune inversă Uo6p = 2-5 V; coeficientul de suprapunere a capacității Ks = Cmax/Cmin Pentru majoritatea varicapsului, Sv = 10-500 pF și coeficientul de suprapunere a capacității Ks = 5-20.

Varicaps sunt utilizate în sistemele de telecomandă și în amplificatoarele parametrice cu niveluri scăzute de zgomot.

F o. d i o d, fotocelula semiconductoare, LED- diode semiconductoare care utilizează efectul de interacțiune a radiațiilor (vizibile, infraroșii sau ultraviolete) cu purtătorii de sarcină (electroni și găuri) în stratul de blocare al joncțiunii p-n.

O diodă semiconductoare este un dispozitiv cu două ieșiri și o joncțiune electron-gaură

Diodele semiconductoare sunt utilizate în electronica radio, dispozitivele de automatizare și de calcul și tehnologia convertoarelor de putere. Diodele de mare putere sunt utilizate în centralele electrice pentru a alimenta motoarele de tracțiune, acționarea mașinilor-unelte și a mecanismelor

Diodele semiconductoare au o serie de avantaje în comparație cu tuburile de electroni: dimensiune mică, greutate redusă, eficiență ridicată, lipsa unei surse incandescente de electroni, durată lungă de viață, fiabilitate ridicată.

O proprietate importantă a diodelor semiconductoare - conductivitatea unidirecțională - este utilizată pe scară largă în dispozitivele de redresare, limitare și conversie a semnalelor electrice.

Diodele sunt clasificate în funcție de scopul lor, proprietățile fizice, parametrii electrici de bază, designul și caracteristicile tehnologice (punctuale și plane) și materialul semiconductor sursă.

După scopul lor funcțional, diodele semiconductoare se disting: redresor, impuls, diode zener (de referință), fotodiode, diode emițătoare de lumină

1. redresoarele sunt concepute pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu și folosesc proprietatea joncțiunii rn, precum și a altor joncțiuni electrice, de a conduce curentul bine într-o direcție și prost în sens opus. Acești curenți și tensiuni corespunzătoare se numesc curenți și tensiuni directe și inverse. Există diode redresoare de joasă și înaltă frecvență. Primele sunt utilizate în dispozitivele de conversie a electronicii energetice, cele din urmă – pentru conversia semnalelor radio

2. pulsul sunt destinate funcționării primare în dispozitive cu impulsuri. Proprietățile lor sunt determinate de parametri care iau în considerare inerția de comutare a diodei: capacitatea joncțiunii, intervalul de timp de recuperare a rezistenței inverse

3. Diodele Zener sunt proiectate pentru a stabiliza tensiunea de curent continuu și a limita supratensiunile. Aceste diode folosesc fenomenul de defalcare electrică nedistructivă a joncțiunii pH la anumite valori de tensiune inversă. Un parametru important este coeficientul de temperatură de stabilizare a tensiunii.

Marcarea se bazează pe un cod alfanumeric

Prima literă sau număr indică materialul cristalului semiconductor: 1 sau G – germaniu; 2 – K – siliciu 3-A – arseniură de galiu

A doua literă denotă clasa diodelor: D - redresor, Ai - diode cu microunde, B - varicap, C - diodă zener, I - diodă tunel;

Următoarele 3 cifre caracterizează tipul sau domeniul de aplicare 101-399 - rectificare AC, 401-499 - lucru în circuite de înaltă frecvență sau ultrafrecvență, 501-599 - sisteme de impulsuri

Ultima cifră indică designul sau alte caracteristici ale diodei

Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare active cu două joncțiuni de pH care interacționează și trei terminale, utilizate pentru a amplifica și genera oscilații electrice. (în comunicații, televiziune, radar, radionavigație, automatizare, telemecanică, computer și tehnologie de măsurare.)

Tranzistorul are o structură cu trei straturi, constând din zone alternate cu diferite tipuri de conductivitate electrică p-n-p sau n-p-n Principiul de funcționare al tranzistorului se bazează pe utilizarea proceselor fizice care apar atunci când sarcinile electrice principale sunt transferate de la emițător. regiune la regiunea colectoare (zone extreme) prin bază (zona mijlocie). Scopul joncțiunii emițătorului este injectarea (injecția) purtătorilor principali ai emițătorului în zona de bază

Există 4 moduri de funcționare ale tranzistorului:

Activ (joncțiunea emițător-bază este conectată în direcția înainte, iar joncțiunea colector-bază este în direcția inversă)

Invers (joncțiunea emițător-bază este conectată în direcția inversă, iar joncțiunea colector-bază este conectată în direcția înainte)

Modul Cutoff - ambele tranziții sunt activate în direcția inversă

Modul de saturație - ambele tranziții sunt activate în direcția înainte

Dezavantajul tranzistorilor este instabilitatea relativ mare a parametrilor și caracteristicilor acestora. Cauze ale instabilității: influența temperaturii ambientale, modificări ale parametrilor în timpul îmbătrânirii în timp, variații ale parametrilor în timpul procesului de fabricație a aceluiași tip de tranzistoare.

Tranzistoarele sunt clasificate după material, metoda de mișcare a purtătorilor minoritari în regiunea de bază, putere și frecvență, scop și metoda de fabricație

Pregătit

Elev din clasa 10 "A"

Scoala nr 610

Ivchin Alexey

Rezumat pe tema:

„Diodele și tranzistoarele semiconductoare, domeniile lor de aplicare”

1. Semiconductoare: teorie și proprietăți

2. Dispozitive semiconductoare de bază (structură și aplicație)

3. Tipuri de dispozitive semiconductoare

4. Productie

5. Domeniul de aplicare

1. Semiconductoare: teorie și proprietăți

Mai întâi trebuie să vă familiarizați cu mecanismul de conducere în semiconductori. Și pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți natura legăturilor care țin atomii unui cristal semiconductor unul lângă celălalt. De exemplu, luați în considerare un cristal de siliciu.

Siliciul este un element tetravalent. Aceasta înseamnă că în exterior

învelișul unui atom are patru electroni, legați relativ slab

cu un miez. Numărul celor mai apropiați vecini ai fiecărui atom de siliciu este, de asemenea, egal cu

patru. Interacțiunea unei perechi de atomi vecini se realizează folosind

legatura paionoelectronica numita legatura covalenta. În educație

această legătură de la fiecare atom implică un electron de valență, co-

care sunt despărțiți de atomi (colectivizați de cristal) și când

în mișcarea lor își petrec cea mai mare parte a timpului în spațiul dintre

atomii vecini. Sarcina lor negativă ține ionii pozitivi de siliciu unul lângă celălalt. Fiecare atom formează patru legături cu vecinii săi,

și orice electron de valență se poate deplasa de-a lungul unuia dintre ele. După ce a ajuns la un atom vecin, poate trece la următorul și apoi mai departe de-a lungul întregului cristal.

Electronii de valență aparțin întregului cristal. Legăturile pereche-electron ale siliciului sunt destul de puternice și nu se rup la temperaturi scăzute. Prin urmare, siliciul la temperaturi scăzute nu conduce curentul electric. Electronii de valență implicați în legarea atomilor sunt ferm atașați de rețeaua cristalină, iar câmpul electric extern nu are un efect vizibil asupra mișcării lor.

Conductivitate electronică.

Când siliciul este încălzit, energia cinetică a particulelor crește și

conexiunile individuale sunt întrerupte. Unii electroni își părăsesc orbitele și devin liberi, ca electronii dintr-un metal. Într-un câmp electric, se deplasează între nodurile rețelei, formând un curent electric.

Conductivitatea semiconductorilor datorită prezenței metalelor libere

electroni electroni se numesc conductivitate electronică. Pe măsură ce temperatura crește, crește numărul de legături rupte și, prin urmare, de electroni liberi. Când este încălzit de la 300 la 700 K, numărul de purtători de încărcare gratuită crește de la 10,17 la 10,24 1/m.3. Acest lucru duce la o scădere a rezistenței.

Conductivitatea găurii.

Când o legătură este ruptă, se formează un loc liber cu un electron lipsă.

Se numește gaură. Gaura are o sarcină pozitivă în exces în comparație cu alte legături normale. Poziția găurii în cristal nu este constantă. Următorul proces are loc continuu. Unul

de la electronii care asigură legătura atomilor, sare la locul de schimb

a format găuri și restabilește legătura pereche-electronic aici.

și de unde a sărit acest electron, se formează o nouă gaură. Aşa

Astfel, gaura se poate deplasa prin tot cristalul.

Dacă intensitatea câmpului electric din probă este zero, atunci mișcarea găurilor, echivalentă cu mișcarea sarcinilor pozitive, are loc aleatoriu și, prin urmare, nu creează un curent electric. În prezența unui câmp electric, are loc o mișcare ordonată a găurilor și, astfel, curentului electric asociat cu mișcarea găurilor se adaugă curentului electric al electronilor liberi. Direcția de mișcare a găurilor este opusă direcției de mișcare a electronilor.

Deci, în semiconductori există două tipuri de purtători de sarcină: electroni și găuri. Prin urmare, semiconductorii au nu numai conductivitate electronică, ci și conductivitate în găuri. Conductibilitatea în aceste condiții se numește conductivitate intrinsecă a semiconductorilor. Conductivitatea intrinsecă a semiconductorilor este de obicei scăzută, deoarece numărul de electroni liberi este mic, de exemplu, în germaniu la temperatura camerei ne = 3 la 10 în 23 cm în –3. În același timp, numărul de atomi de germaniu în 1 cm cub este de aproximativ 10 din 23. Astfel, numărul de electroni liberi este de aproximativ o zece miliarde din numărul total de atomi.

O caracteristică esențială a semiconductorilor este că aceștia

în prezența impurităților, împreună cu conductivitatea intrinsecă,

suplimentar - conductivitatea impurităților. Schimbarea concentrarii

impurități, puteți modifica semnificativ numărul de purtători de încărcare

sau alt semn. Datorită acestui fapt, este posibil să se creeze semiconductori cu

concentrația predominantă este fie negativă, fie pozitivă

transportatori puternic incarcati. Această caracteristică a semiconductorilor a fost descoperită

oferă ample oportunități de aplicare practică.

Impurități donatoare.

Se dovedește că în prezența impurităților, de exemplu atomii de arsen, chiar și la concentrații foarte mici, numărul de electroni liberi crește în

de multe ori. Acest lucru se întâmplă din următorul motiv. Atomii de arsen au cinci electroni de valență, dintre care patru sunt implicați în crearea unei legături covalente între acest atom și atomii din jur, de exemplu, cu atomii de siliciu. Al cincilea electron de valență pare să fie slab legat de atom. Părăsește ușor atomul de arsen și devine liber. Concentrația de electroni liberi crește semnificativ și devine de o mie de ori mai mare decât concentrația de electroni liberi într-un semiconductor pur. Impuritățile care donează cu ușurință electroni se numesc impurități donor, iar astfel de semiconductori sunt semiconductori de tip n. Într-un semiconductor de tip n, electronii sunt purtătorii de sarcină majoritari, iar găurile sunt purtătorii de sarcină minoritari.

Impurități acceptoare.

Dacă indiul, ai cărui atomi sunt trivalenți, este folosit ca impuritate, atunci natura conductibilității semiconductorului se schimbă. Acum, pentru a forma legături electronice perechi normale cu vecinii săi, atomul de indiu nu o face

primește un electron. Ca rezultat, se formează o gaură. Numărul de găuri din cristal

înălțimea este egală cu numărul de atomi de impurități. Acest tip de impuritate este

se numesc acceptor (primitor). În prezența unui câmp electric

găurile se amestecă pe câmp și are loc conducerea găurilor. De-

semiconductori cu o predominanță a conducției prin găuri asupra electronilor

Se numesc semiconductori de tip p (de la cuvântul pozitiv - pozitiv).

2. Dispozitive semiconductoare de bază (structură și aplicație)

Există două dispozitive semiconductoare de bază: dioda și tranzistorul.

În zilele noastre, diodele sunt din ce în ce mai folosite în semiconductori pentru a rectifica curentul electric din circuitele radio, împreună cu lămpile cu doi electrozi, deoarece au o serie de avantaje. Într-un tub vid, electronii purtători de sarcină sunt creați prin încălzirea catodului. Într-o joncțiune p-n, purtătorii de sarcină sunt formați atunci când o impuritate acceptor sau donor este introdusă în cristal. Astfel, nu este nevoie de o sursă de energie pentru a obține purtători de sarcină. În circuitele complexe, economiile de energie rezultate din aceasta se dovedesc a fi foarte semnificative. În plus, redresoarele cu semiconductori cu aceleași valori ale curentului redresat sunt mai miniaturale decât redresoarele cu tub. Diodele semiconductoare sunt fabricate din germaniu și siliciu. seleniu și alte substanțe. Să luăm în considerare modul în care se creează o joncțiune p-n atunci când se folosește o impuritate de jos această joncțiune nu poate fi obținută prin conectarea mecanică a doi semiconductori de tipuri diferite, deoarece aceasta are ca rezultat un decalaj prea mare între semiconductori. Această grosime nu trebuie să fie mai mare decât distanța interatomică. Prin urmare, indiul este topit pe una dintre suprafețele probei. Datorită difuziei atomilor de indiu adânc în monocristalul de germaniu, o regiune cu conductivitate de tip p este transformată lângă suprafața germaniului. Restul probei de germaniu, în care atomii de indiu nu au pătruns, are încă conductivitate de tip n. Între regiuni are loc o joncțiune p-n. Într-o diodă semiconductoare, germaniul servește ca catod și indiul servește ca anod. Figura 1 prezintă conexiunea directă (b) și inversă (c) a diodei.

Caracteristica curent-tensiune pentru conexiunile direct și invers este prezentată în Figura 2.

Au înlocuit lămpile și sunt foarte utilizate în tehnologie, în principal pentru redresoare și-au găsit aplicație în diverse dispozitive;

tranzistor.

Să luăm în considerare un tip de tranzistor din germaniu sau siliciu cu impurități donor și acceptoare introduse în ele. Distribuția impurităților este astfel încât între două straturi de semiconductor de tip p se creează un strat foarte subțire (de ordinul a câțiva micrometri) de semiconductor de tip n Fig. 3. Acest strat subțire se numește bază sau bază Două joncțiuni p-n sunt formate în cristal, ale căror direcții directe sunt opuse. Trei terminale din zone cu diferite tipuri de conductivitate vă permit să conectați tranzistorul la circuitul prezentat în Figura 3. Cu această conexiune

Joncțiunea pn din stânga este directă și separă baza de regiunea de tip p numită emițător. Dacă nu ar exista o joncțiune p–n dreaptă, ar exista un curent în circuitul emițător-bază, în funcție de tensiunea surselor (bateria B1 și sursa de tensiune alternativă

rezistență) și rezistența circuitului, inclusiv rezistența directă scăzută

tranziție emițător - bază. Bateria B2 este conectată astfel încât joncțiunea dreapta pn din circuit (vezi Fig. 3) să fie inversă. Separă baza de regiunea dreaptă de tip p numită colector. Dacă nu ar exista o joncțiune pn stângă, curentul și circuitul colectorului ar fi aproape de zero. Deoarece rezistența joncțiunii inverse este foarte mare. Când există un curent în joncțiunea p-n din stânga, un curent apare în circuitul colectorului, iar puterea curentului în colector este doar puțin mai mică decât puterea curentului în emițător. Când se creează o tensiune între emițător și bază purtători principali ai semiconductorului de tip p - găurile pătrund în bază, gdr sunt deja purtătorii principali. Deoarece grosimea bazei este foarte mică și numărul de purtători principali (electroni) din ea este mic, găurile care intră în ea aproape că nu se combină (nu se recombină) cu electronii bazei și pătrund în colector datorită la difuzie. Joncțiunea pn din dreapta este închisă de purtătorii de sarcină principali ai bazei - electroni, dar nu de găuri. În colector, găurile sunt purtate de câmpul electric și completează circuitul. Puterea ramificării curentului în circuitul emițător de la bază este foarte mică, deoarece aria secțiunii transversale a bazei în plan orizontal (vezi Fig. 3) este mult mai mică decât secțiunea transversală în planul vertical . Puterea curentului din colector, aproape egală cu puterea curentului din emițător, se modifică odată cu curentul din emițător. Rezistorul R are un efect redus asupra curentului colectorului, iar această rezistență poate fi făcută destul de mare. Prin controlul curentului emițătorului folosind o sursă de tensiune alternativă conectată la circuitul său, obținem o modificare sincronă a tensiunii pe rezistor. Dacă rezistența rezistorului este mare, modificarea tensiunii pe acesta poate fi de zeci de mii de ori mai mare decât modificarea semnalului din circuitul emițătorului. Aceasta înseamnă o creștere a tensiunii. Prin urmare, folosind o sarcină R, este posibil să se obțină semnale electrice a căror putere este de multe ori mai mare decât puterea care intră în circuitul emițător. Acestea înlocuiesc tuburile de vid și sunt utilizate pe scară largă în tehnologie.

DIODE SEMICONDUCTORE

Diodele semiconductoare sunt dispozitive semiconductoare cu o joncțiune electrică și două terminale. Ele sunt folosite pentru a redresa curentul alternativ, a detecta oscilațiile alternative, a converti oscilațiile cu microunde în oscilații de frecvență intermediară, pentru a stabiliza tensiunea în circuitele de curent continuu etc. În funcție de scopul lor, diodele semiconductoare sunt împărțite în diode redresoare, diode de înaltă frecvență, varicaps, zener. diode etc.

Diode redresoare. Diodele semiconductoare redresoare sunt proiectate pentru a converti curentul alternativ în curent continuu.

Baza diodelor redresoare moderne este o joncțiune electron-hole (EDJ), care este obținută prin fuziune sau difuzie. Materialul folosit este germaniu sau siliciu.

Pentru a obține valori mari ale curenților redresați în diodele redresoare, se folosesc EAF-uri cu o suprafață mare, deoarece pentru funcționarea normală a diodei, densitatea de curent prin joncțiune nu trebuie să depășească 1-2 A/mm 2.

Astfel de diode se numesc planare. Proiectarea unei diode semiconductoare planare de putere redusă este prezentată în Fig. 2.1, a. Pentru a îmbunătăți disiparea căldurii în diodele de dimensiuni medii Şi de mare putere, pe corpul lor este sudat un șurub, cu care diodele sunt atașate la un radiator sau șasiu special (Fig. 2.1, b).

Caracteristica principală a unei diode redresoare este caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere). Tipul caracteristicii curent-tensiune depinde de materialul semiconductor și de temperatură (Fig. 2.2, a și b).

Principalii parametri ai diodelor semiconductoare redresoare sunt:

tensiune directă constantă U np la un curent direct dat;

tensiunea inversă maxim admisibilă U o 6 p max la care dioda poate funcționa în continuare normal pentru o perioadă lungă de timp;

curent invers constant care curge prin diodă la o tensiune inversă egală cu U o 6 p max ;

curent redresat mediu, care poate trece prin diodă mult timp la o temperatură acceptabilă a încălzirii acesteia;

puterea maximă admisă disipată de diodă, la care asigură fiabilitatea specificată a diodei.

În funcție de valoarea maximă admisă a curentului mediu redresat, diodele sunt împărțite în putere mică (), putere medie ( ) și putere mare (). Diodele redresoare de mare putere sunt numite diode de putere.

Elementele redresoare de putere redusă, care sunt diode semiconductoare redresoare conectate în serie, se numesc coloane redresoare. Sunt produse și unități redresoare în care diode redresoare sunt conectate conform unui anumit circuit (de exemplu, punte).

Diodele semiconductoare redresoare sunt capabile să funcționeze la frecvențe de 50... 10 5 Hz (diode de putere - la frecvențe de 50 Hz), adică sunt de joasă frecvență.

Diode de înaltă frecvență. Diodele de înaltă frecvență includ diode semiconductoare capabile să funcționeze la frecvențe de până la 300 MHz. Diodele care funcționează la frecvențe de peste 300 MHz sunt numite frecvență ultra-înaltă (microunde).

Pe măsură ce frecvența crește, șuntarea rezistenței diferențiale a EHP polarizat invers de capacitatea de încărcare crește. Aceasta duce la o scădere a rezistenței inverse și o deteriorare a proprietăților de redresare ale diodei. Deoarece valoarea capacității de încărcare este proporțională cu aria EAF, pentru a o reduce este necesar să se reducă aria EAF.

Diodele din microaliaje au o zonă mică de joncțiune, dar... Dezavantajul este acumularea de purtători de sarcină minoritari în bază, care sunt injectați în ea atunci când dioda este pornită direct. Acest lucru limitează performanța (gama de frecvență) diodelor din microaliaje.

Diodele punctiforme capabile să funcționeze în intervalul de microunde au performanțe mai bune și, prin urmare, frecvențe mai mari. În designul lor, un arc metalic cu un diametru de aproximativ 0,1 mm este apăsat cu vârful pe un cristal semiconductor. Materialul arcului este selectat astfel încât funcția de lucru a electronilor din acesta să fie mai mare decât din semiconductor. În acest caz, la interfața metal-semiconductor se formează un strat de blocare, numit bariera Schottky - numită după omul de știință german care a studiat acest fenomen. Diodele a căror funcționare se bazează pe proprietățile barierei Schottky se numesc diode Schottky. În ele, curentul electric este transportat de purtătorii de sarcină majoritari, în urma cărora nu există fenomene de injecție și acumulare de purtători de sarcină minoritari.

Diodele de înaltă frecvență și cu microunde sunt utilizate pentru rectificarea oscilațiilor de înaltă frecvență (redresor), detecție (detector), control al nivelului de putere (comutație), multiplicare a frecvenței (multiplicare) și alte transformări neliniare ale semnalelor electrice.

Varicaps. Varicaps sunt diode semiconductoare a căror acțiune se bazează pe dependența capacității de tensiunea inversă. Varicaps sunt folosite ca element de capacitate controlat electric.

Natura dependenței este prezentată în Fig. 2.3, a. Această dependență se numește caracteristica capacitate-tensiune a unui varicap. Parametrii principali

varicaps sunt:

capacitatea nominală măsurată la o tensiune inversă dată;

coeficientul de suprapunere a capacității Kc, determinat de raportul capacităților varicap la două valori ale tensiunii inverse;

tensiune inversă maximă admisă;

factor de calitate Q B definit ca raportul dintre reactanța varicap și rezistența la pierdere.

Diode zener semiconductoare. O diodă zener semiconductoare este o diodă semiconductoare, a cărei tensiune este menținută cu o anumită precizie atunci când curentul care trece prin ea se modifică într-un interval dat. Este proiectat pentru a stabiliza tensiunea în circuitele DC.

Caracteristica curent-tensiune a diodei Zener este prezentată în Fig. 2.4, a, iar simbolul este în Fig. 2.4, b.

Dacă un EHP este creat pe ambele părți ale unei plăci de siliciu, veți obține o diodă Zener cu o caracteristică curent-tensiune simetrică - o diodă Zener simetrică (Fig. 2.4, c).

Secțiunea de lucru a diodei Zener este secțiunea de defecțiune electrică. Când curentul care trece prin dioda zener se schimbă de la o valoare la alta. tensiunea pe ea diferă puțin de valoare Utilizarea diodelor zener se bazează pe această proprietate.

Principiul de funcționare al unui stabilizator de tensiune pe o diodă Zener de siliciu (Fig. 2.4, d) este că atunci când tensiunea U VX se modifică, curentul care circulă prin dioda Zener se modifică, iar tensiunea de pe dioda Zener și sarcina R conectată în paralel cu acesta practic nu se schimbă.

Principalii parametri ai diodelor zener de siliciu sunt:

tensiune de stabilizare U st;

curenti de stabilizare minim si maxim;

puterea disipată maximă admisă

rezistență diferențială în secțiunea de stabilizare ;

coeficientul de temperatură al tensiunii în secțiunea de stabilizare

În diodele zener moderne, tensiunea de stabilizare variază de la 1 la 1000 V cu curenți de stabilizare de la 1 mA la 2 A. Pentru a stabiliza tensiuni mai mici de 1 V, ramura directă a caracteristicii curent-tensiune a unei diode de siliciu, numită stabistor, este folosit. Pentru diode Zener B. Prin conectarea diodelor Zener (sau stabistori) în serie, puteți obține orice tensiune de stabilizare necesară.

Rezistența diferențială în secțiunea de stabilizare este aproximativ constantă și pentru majoritatea diodelor zener este de 0,5...200 Ohm. Coeficientul de temperatură al tensiunii poate fi pozitiv (pentru diode Zener cu ) și negativ (pentru diode Zener cu U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

TRANZISTOARE BIPOLARE

Un tranzistor bipolar (BT) sau pur și simplu un tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu două EDP-uri care interacționează și trei sau mai multe terminale, ale căror proprietăți de amplificare sunt determinate de fenomenele de injecție și extracție a purtătorilor de sarcină minoritari.

Joncțiunile electron-gaură se formează între trei regiuni ale unui semiconductor cu diferite tipuri de conductivitate electrică. În conformitate cu ordinea de alternanță a regiunilor p și n, BT-urile sunt împărțite în tranzistoare de tip p-p-p și tranzistoare de tip p-p-p (Fig. 2.5).

Regiunea de mijloc a tranzistorului se numește bază, o regiune extremă este emițătorul (E), iar cealaltă este colectorul (K). De obicei, concentrația de impurități în emițător este mai mare decât în ​​colector. Într-un tip BT p-p-p, baza are conductivitate electrică de tip p, iar emițătorul și colectorul sunt de tip n.

EDP-ul format între emițător și bază se numește emițător, iar între bază și colector - colector.

Moduri de funcționare a tranzistorului.În funcție de metoda de conectare a emițătorului și colectorului EDP la sursele de alimentare, tranzistorul bipolar poate funcționa într-unul din cele patru moduri: cutoff, saturație, activ și invers.

EAF-urile emițătorului și colectorului în modul de tăiere (Fig. 2.6, a) sunt deplasate în sens invers, iar în modul de saturație (Fig. 2.6, 6) - în direcția înainte. Curentul colectorului în aceste moduri este practic independent de tensiunea și curentul emițătorului.

Modurile de tăiere și saturație sunt utilizate atunci când se operează BT în dispozitive cu pulsații și cheie.

Când tranzistorul funcționează în modul activ, joncțiunea emițătorului său este deplasată în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului în direcția opusă (Fig. 2.6, c).

Sub influența tensiunii continue 11e, un curent curge în circuitul emițătorului, creând curenți de colector și de bază, deci

Curentul colectorului conține două componente: controlat, proporțional cu curentul emițătorului și necontrolat, creat de derivarea purtătorilor minoritari prin joncțiunea colectorului polarizat invers. Factorul de proporționalitate se numește coeficient de transfer static al curentului emițătorului. Pentru majoritatea BT-urilor moderne si mai mult.

Curentul de bază include o componentă de recombinare, cauzată de electronii care intră în bază pentru a compensa sarcina pozitivă a găurilor care se recombină în bază și o componentă necontrolată a curentului colectorului, astfel încât

Când utilizați un BT ca element de amplificare, unul dintre terminale trebuie să fie comun pentru circuitele de intrare și de ieșire. În diagrama prezentată în fig. 2.6, c, electrodul comun este baza. Un astfel de circuit de conexiune BT se numește circuit de bază comună (CB) și este de obicei descris așa cum se arată în Fig. 2.7, a. Pe lângă circuitul OB, în practică sunt utilizate și circuite cu un emițător comun (CE) și un colector comun (CC).

În circuitul OE (Fig. 2.7, b), relația dintre curenții de ieșire și de intrare este determinată de ecuație

Coeficientul se numește coeficient de transfer de curent de bază static. Este legat de raport

La valorile sunt în intervalul 19...99.

Componenta reprezintă curentul de colector invers (necontrolat) în circuitul OE. Acest curent este conectat la curentul invers din circuit

Despre raport

Din relația (2.4) rezultă că curentul de colector invers în circuitul OE este semnificativ mai mare decât în ​​circuitul OB. Aceasta înseamnă că o modificare a temperaturii în circuitul OE are un efect mai mare asupra modificării curenților (și, prin urmare, asupra modificărilor caracteristicilor și parametrilor statici) decât în ​​circuitul OB. Acesta este unul dintre dezavantajele includerii BT în schema OE.

Când porniți BT-ul conform schemei OK. (Fig. 2.7, c) legătura dintre curenții de ieșire și de intrare este determinată de relație

Dintr-o comparație a expresiilor (2.2) și (2.5) rezultă că dependențele dintre curenții de intrare și de ieșire ai BT în circuitele OE și OK sunt aproximativ aceleași. Acest lucru face posibilă utilizarea acelorași caracteristici și parametri pentru calcularea circuitelor OE și OK.

Modul invers diferă de modul activ prin polaritatea opusă a tensiunilor aplicate emițătorului și colectorului EAF.

Caracteristici statice. Caracteristicile statice exprimă relații complexe între curenți și tensiuni

electrozii tranzistorului și depind de metoda de conectare a acestuia.

În fig. 2.8, a prezintă o familie de caracteristici de intrare ale unui BT de tip n - p - n, conectate conform circuitului OE, care exprimă dependența la . Când caracteristica de intrare este

ramura directa a caracteristicii curent-tensiune a emitatorului EHP. Când tensiunea colectorului este pozitivă, caracteristica de intrare se deplasează spre dreapta.

Caracteristicile de ieșire (Fig. 2.8, b) reflectă dependența la . Partea abruptă a caracteristicilor corespunde modului de saturație, iar partea plată corespunde modului activ. Relația dintre curenții colector și de bază într-o secțiune plană este determinată de expresia (2.2).

Parametri de semnal mici ai modului static. Când un tranzistor funcționează în modul de amplificare, proprietățile sale sunt determinate de parametrii de semnal mic, pentru care tranzistorul poate fi considerat un element liniar. În practică, hibridul cu semnal mic sau parametrii h sunt cel mai frecvent utilizați. Curenții și tensiunile la amplitudini mici ale componentelor variabile din sistemul de parametri h sunt legate prin următoarele relații:

- rezistenta de intrare;

- coeficient de feedback de tensiune

- coeficient de transfer de curent continuu;

- conductivitate de ieșire.

Parametrii și sunt măsurați în modul de scurtcircuit al circuitului de ieșire, iar parametrii și sunt măsurați în modul inactiv al circuitului de intrare. Aceste moduri sunt ușor de implementat. Valorile parametrilor h depind de metoda de pornire a tranzistorului și la frecvențe joase pot fi determinate din caracteristicile statice. În acest caz, amplitudinile curenților și tensiunilor mici sunt înlocuite cu incremente. Deci, de exemplu, atunci când un tranzistor este pornit conform unui circuit cu un OE, formulele pentru parametrii și , determinate din caracteristicile de intrare la punctul A (Fig. 2.8, a), sunt scrise sub forma:

Parametrii și sunt determinate de caracteristicile de ieșire (Fig. 2.8, b) folosind formulele:

Parametrii sunt determinați în mod similar atunci când tranzistorul este pornit conform circuitului cu OB.

Parametrii de semnal mic sunt, în consecință, numiți coeficienți de transfer ai curentului emițătorului și curentului de bază. Ele caracterizează proprietățile de amplificare ale tranzistorului în ceea ce privește curentul pentru semnale alternative, iar valorile lor depind de modul de funcționare al tranzistorului și de frecvența semnalelor amplificate. Astfel, odată cu creșterea frecvenței, modulul coeficientului de transfer al curentului de bază scade

Frecvența la care scade cu un factor al valorii sale la o frecvență joasă se numește frecvența limită a transmisiei curentului de bază și este desemnată . Frecvența la care scade la 1 se numește frecvența de tăiere BT și este desemnată . Pe baza valorii frecvenței de tăiere, tranzistoarele sunt împărțite în frecvență joasă, frecvență medie, frecvență înaltă și frecvență ultra-înaltă.

TIRISTORI

Un tiristor este un dispozitiv semiconductor cu două stări stabile, care are trei sau mai multe tranziții și poate trece de la o stare închisă la una deschisă și invers.

Tiristorii cu două terminale se numesc diode sau dinistori, iar cei cu trei terminale se numesc triode sau trinistori.

Dinistori. Structura dinistorului constă din patru regiuni semiconductoare cu tipuri alternative de conductivitate electrică , între care se formează trei EDP-uri. EDP-urile extreme sunt emițătoare, iar cea din mijloc este colector. Regiunea se numește emițător sau anod, regiunea se numește catod.

Conectarea anodului dinistorului la polul pozitiv al unei surse externe și a catodului la cel negativ corespunde conexiunii directe a dinistorului. Când polaritatea tensiunii sursei este inversată, are loc comutarea inversă.

Când este conectat direct, dinistorul poate fi reprezentat ca o combinație de două tranzistoare p - n - p și n - p - n (Fig. 2.9, a) cu coeficienți de transfer al curentului emițătorului și .

Curentul care curge prin dinistor conține componenta de injecție în orificii a tranzistorului, componenta de injecție electronică a tranzistorului și curentul invers al joncțiunii colectorului, adică.

Deocamdată, dinistorul este închis. La procesele se dezvoltă în dinistor, conducând la o creștere asemănătoare unei avalanșe a componentelor curentului de injecție și comutarea joncțiunii colectorului în direcția înainte. În acest caz, rezistența dinistorului scade brusc și căderea de tensiune pe acesta nu depășește 1-2 V. Restul tensiunii sursei scade pe rezistorul de limitare (Fig. 2.9, b).

Când dinistorul este pornit din nou, un mic curent invers curge prin el.

SCR. Un tiristor diferă de un dinistor prin prezența unei ieșiri suplimentare de control din zona de bază (Fig. 2.10, a). Concluzia poate fi făcută din orice bază. O sursă conectată la acest pin creează

curent de control, care se adaugă la curentul principal. Ca urmare, tiristorul trece de la o stare închisă la o stare deschisă la o valoare mai mică a lui U a (Fig. 2.10, b).

În structuri cu cinci straturi prin efectuarea adecvată a regiunilor extreme se poate obține o caracteristică curent-tensiune simetrică (Fig. 2.10, c). Un astfel de tiristor se numește simetric. Poate fi diodă (diac) sau triodă (triac).

Tiristorul este oprit prin reducerea (sau întreruperea) curentului anodului sau prin modificarea polarității tensiunii anodului.

Tiristoarele considerate se numesc neblocabile. Există, de asemenea, tiristoare de oprire, care pot fi comutate de la deschis la închis prin schimbarea curentului electrodului de control. Ele diferă de cele care nu se pot încuia prin design.

Parametrii tiristorului. Principalii parametri ai tiristoarelor sunt:

tensiunea de pornire;

deblocarea curentului de control;

curent de oprire;

tensiuni reziduale U np ;

timpul de pornire t;

timpul de oprire;

timpul de întârziere t 3 ;

rate maxime de creștere a tensiunii directe (du/dt) max și curent direct (di/dl) max.

Tiristoarele sunt utilizate pe scară largă în redresoare controlate, convertoare DC-AC (invertoare), stabilizatoare de tensiune,

ca întrerupătoare fără contact, în acționări electrice, dispozitive de automatizare, telemecanică, tehnologie informatică etc.

Simbolurile tiristoarelor sunt prezentate în Fig. 2.11.

TRANZISTOARE DE CÂMP

Un tranzistor cu efect de câmp (FET) este un dispozitiv semiconductor ale cărui proprietăți de amplificare sunt determinate de fluxul purtătorilor de sarcină principali de același semn care curge printr-un canal conductor și care este controlat de un câmp electric.

Electrodul de control, izolat de canal, se numește poartă. Pe baza metodei de izolație a porții, tranzistoarele cu efect de câmp sunt împărțite în trei tipuri:

1) cu o joncțiune p-n de control, sau cu o poartă p-t;

2) cu o poartă metalică semiconductoare, sau cu o poartă Schottky;

3) cu un oblon izolat.

Tranzistoare cu efect de câmp cu p- n - obturatorÎntr-un tranzistor cu efect de câmp cu o poartă p-n (Fig. 2.12), canalul de tip n este izolat de substrat și poarta p-n

mișcări, care, datorită îndeplinirii condiției, se formează în principal în canal. Când grosimea canalului este cea mai mare, rezistența acestuia este minimă. Dacă se aplică o tensiune negativă la poartă în raport cu sursa, atunci joncțiunile p-n se vor extinde, grosimea canalului va scădea și rezistența acestuia va crește. Prin urmare, dacă o sursă de tensiune este conectată între sursă și scurgere, atunci curentul Ic care curge prin canal poate fi controlat prin schimbarea rezistenței canalului folosind tensiunea aplicată la poartă. Funcționarea unui PT cu o poartă p-n se bazează pe acest principiu.

Principalele caracteristici statice ale unui PT cu o poartă p-n sunt caracteristicile de transfer (drain-gate) și de ieșire (drain) (Fig. 2.13).

Tensiunea de poartă la care canalul este complet blocat și curentul de scurgere este redus la zecimi de microamp se numește tensiune de tăiere și este desemnată .

Curentul de scurgere la U 3I = 0 se numește curent de scurgere inițial.

Caracteristicile de ieșire conțin regiuni abrupte sau ohmice și plane. Regiunea plată se mai numește și regiunea de saturație sau regiunea de suprapunere a canalului.

Curentul de scurgere care curge prin canal creează o scădere de tensiune pe rezistența sa distribuită, ceea ce crește tensiunile inverse canal-poartă și canal-substrat, ceea ce duce la o scădere a grosimii canalului. Tensiunile inverse ating cea mai mare valoare la limita cu drenul, iar în această zonă îngustarea canalului este maximă (Fig. 2.12). La o anumită valoare a tensiunii, ambele joncțiuni p-n se închid în regiunea de scurgere și canalul se suprapune. Această tensiune de drenare se numește tensiune de stingere sau tensiune de saturație (). Când se aplică o tensiune inversă pe poartă, are loc o îngustare suplimentară a canalului, iar blocarea acestuia are loc la o valoare mai mică a tensiunii.

Tranzistoare cu efect de câmp cu poartă Schottky.ÎN PT cu o poarta Schottky, rezistenta canalului este controlata prin modificarea, sub actiunea tensiunii portii, a grosimii jonctiunii de redresare formata la interfata dintre metal si semiconductor. Comparativ cu o joncțiune p-n, o joncțiune metal-semiconductor de rectificare permite reducerea semnificativă a lungimii canalului: la 0,5...1 µm. În același timp, dimensiunile întregii structuri a FET-ului sunt reduse semnificativ, drept urmare FET-urile cu barieră Schottky sunt capabile să funcționeze la frecvențe mai mari - până la 50...80 GHz.

Tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată. Acești tranzistori au o structură metal-dielectric-semiconductor și se numesc pe scurt tranzistori MOS. Dacă oxidul de siliciu este folosit ca dielectric, atunci se mai numesc și tranzistori MOS.

Există două tipuri de tranzistoare MOS: cu canale induse și cu canale încorporate.

În tranzistoarele MOS cu un canal de tip p indus (Fig. 2.14), regiunile de dren și sursă de tip p formează două regiuni în contracurent cu regiunea n a substratului

EAF-urile sunt pornite și atunci când o sursă de orice polaritate este conectată la ele, nu va exista curent în circuit. Dacă poartă se aplică o tensiune negativă în raport cu sursă și substrat, atunci cu o valoare suficientă a acestei tensiuni în stratul apropiat de suprafață al semiconductorului situat sub poartă, va avea loc o inversare a tipului de conductivitate electrică și Regiunile p ale drenului și sursei vor fi conectate printr-un canal de tip p. Această tensiune de poartă se numește tensiune de prag și este desemnată . Pe măsură ce tensiunea negativă a porții crește, crește adâncimea de penetrare a stratului de inversare în semiconductor, ceea ce corespunde unei creșteri a grosimii canalului și unei scăderi a rezistenței acestuia.

Caracteristicile de transfer și de ieșire ale unui tranzistor MOS cu un canal de tip p indus sunt prezentate în Fig. 2.15. Căderea de tensiune pe rezistența canalului reduce tensiunea dintre poartă

și grosimea canalului și a canalului. Cea mai mare îngustare a canalului va fi la dren, unde tensiunea este cea mai scăzută .

În tranzistoarele MOS cu un canal încorporat între regiunile de dren și sursă, un strat subțire de aproape suprafață (canal) cu același tip de conductivitate electrică ca drenul și sursa este creat deja în etapa de fabricație. Prin urmare, în astfel de tranzistoare, curentul de scurgere, numit curent inițial, curge la .

Ieșirea statică și caracteristicile de transfer ale unui tranzistor MOS cu un canal de tip p încorporat sunt prezentate în Fig. 2.16.

Parametrii diferenţiali ai PT. Pe lângă parametrii discutați mai sus, proprietățile PT sunt caracterizate de parametri diferențiali: panta caracteristicii de transfer sau panta PT; rezistență diferențială și câștig static.

Panta PT la caracterizează proprietățile de amplificare ale tranzistorului și pentru tranzistoarele de putere mică este de obicei de câțiva mA/V.

Rezistența diferențială la este rezistența canalului de curent continuu la curentul alternativ.

Panta PT poate fi determinată de ieșirea statică sau caracteristicile de transfer (Fig. 2.16) pe baza expresiei

iar rezistenţa diferenţială - în funcţie de caracteristicile de ieşire în conformitate cu expresia

Câștig static at se calculează de obicei folosind formula.

Simbolurile tranzistoarelor cu efect de câmp sunt prezentate în Fig. 2.17.

Tranzistoarele cu efect de câmp sunt utilizate în amplificatoare cu rezistență mare de intrare, comutatoare și dispozitive logice, precum și în atenuatoarele controlate ca element a cărui rezistență se modifică sub influența tensiunii de control.

Informații conexe.