ตัวต้านทาน, ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์, ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์และไดโอด ทรานซิสเตอร์แบบไบโอโพลาร์และเอฟเฟกต์สนาม

การนำหน้าสัมผัสทางเดียวระหว่างเซมิคอนดักเตอร์สองตัว (หรือโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์) ใช้ในการแก้ไขและแปลงกระแสสลับ หากมีการเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนหนึ่งครั้ง การกระทำของมันจะคล้ายกับการกระทำของทั้งสอง

หลอดอิเล็กโทรด - ไดโอด ดังนั้นจึงเรียกว่าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจุดเชื่อมต่อ p-n หนึ่งอัน ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ (คริสตัลไลน์) เซมิคอนดักเตอร์ ไดโอด โดยการออกแบบจะแบ่งออกเป็น จุด และ ระนาบ หากพัลส์กระแสระยะสั้นถูกส่งผ่านไดโอดในทิศทางไปข้างหน้า จะเกิดชั้นที่มีความนำไฟฟ้า p รอยต่อ pn ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขสูงจะเกิดขึ้นที่ขอบเขตของชั้นนี้ เนื่องจากความจุของชั้นสัมผัสต่ำ จุดไดโอดจึงถูกใช้เป็นเครื่องตรวจจับ (วงจรเรียงกระแส) ของการสั่นความถี่สูงจนถึงช่วงความยาวคลื่นเซนติเมตร

จุดเชื่อมต่อ p-n ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติในการแก้ไขที่ดีเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการขยายสัญญาณ และหากมีการป้อนกลับเข้าไปในวงจร ก็ใช้สำหรับสร้างการสั่นทางไฟฟ้าได้ด้วย อุปกรณ์ที่มีไว้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ได้แก่

ได้รับชื่อแล้ว สารกึ่งตัวนำไตรโอด หรือ ทรานซิสเตอร์ เจอร์เมเนียมและซิลิคอนใช้สำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์ เนื่องจากมีคุณลักษณะเด่นคือมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนทานต่อสารเคมี และสูงกว่าวัสดุอื่นๆ

เซมิคอนดักเตอร์ ความคล่องตัวของพาหะในปัจจุบัน ไตรโอดของเซมิคอนดักเตอร์แบ่งออกเป็น จุด และ ระนาบ อดีตเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ แต่กำลังเอาต์พุตต่ำเนื่องจากอันตรายจากความร้อนสูงเกินไป (ตัวอย่างเช่น ขีด จำกัด บนของการทำงาน

อุณหภูมิของพอยต์เจอร์เมเนียมไตรโอดอยู่ในช่วง 50 - 80 °C) ไตรโอดระนาบมีพลังมากกว่า พวกเขาอาจจะเป็นเช่นนั้น พีพีพีและพิมพ์ พีพีพีขึ้นอยู่กับการสลับพื้นที่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย ฐาน (ส่วนตรงกลางของทรานซิสเตอร์) ตัวส่ง และ นักสะสม (บริเวณที่ติดกับฐานทั้งสองข้างมีการนำไฟฟ้าต่างกัน-

สะพาน) แรงดันไบแอสไปข้างหน้าคงที่จะถูกใช้ระหว่างตัวปล่อยและฐาน และใช้แรงดันไบอัสย้อนกลับคงที่ระหว่างฐานและตัวสะสม แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบขยาย -

ถึงอิมพีแดนซ์อินพุต , และตัวขยายจะถูกลบออกจากความต้านทานเอาต์พุต กระแสไหลในวงจรอิมิตเตอร์

สาเหตุหลักมาจากการเคลื่อนที่ของรู (เป็นพาหะหลักในปัจจุบัน) และมาพร้อมกับการฉีด - การฉีด - สู่บริเวณฐาน รูที่เจาะฐานจะกระจายไปทางตัวสะสมและมีความหนาเล็กน้อย

ไม่ได้อยู่ที่ฐาน ส่วนสำคัญของรูที่ฉีดเข้าไปจะไปถึงตัวสะสม ที่นี่หลุมจะถูกจับโดยสนามที่กระทำภายในทางแยก (ดึงดูดไปยังตัวสะสมที่มีประจุลบ) ซึ่งเป็นผลให้กระแสของตัวสะสมเปลี่ยนแปลง เพราะฉะนั้นทั้งหมด

การเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรตัวปล่อยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรตัวสะสม ทรานซิสเตอร์ก็เหมือนกับหลอดสุญญากาศ

ให้แรงดันและกำลังเพิ่มขึ้น

25.(แรงลอเรนซ์ งานของแรงลอเรนซ์ เอฟเฟกต์ฮอลล์)

แรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้า ถามเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กด้วยความเร็ว V , เรียกว่า ลอเรนซ์ ฟอร์ซ และแสดงด้วยสูตรโดยที่ ใน- การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่ประจุเคลื่อนที่

โมดูลัสแรงลอเรนซ์ , โดยที่ α คือมุมระหว่าง โวลต์และ ใน.แรงลอเรนซ์ตั้งฉากกับความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเสมอ ดังนั้นจึงเปลี่ยนทิศทางของความเร็วนี้เท่านั้น โดยไม่เปลี่ยนมอดุลัส เพราะฉะนั้น, ลอเรนซ์ ฟอร์ซ

ไม่ได้ทำงานใดๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งสนามแม่เหล็กคงที่ไม่ทำงานกับอนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่เข้าไปและพลังงานจลน์ของอนุภาคนี้ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ถ้าเป็นไฟฟ้าเคลื่อนที่

ประจุนอกเหนือจากสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำ ในนอกจากนี้ยังมีสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มด้วย อีแล้วก็แรงลัพธ์ ฉที่ใช้กับประจุเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของแรง - แรงที่กระทำจากสนามไฟฟ้าและแรงลอเรนซ์: ทิศทางของแรงลอเรนซ์และทิศทางการโก่งตัวของอนุภาคมีประจุในสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแรงนั้นขึ้นอยู่กับสัญญาณของประจุ ถามอนุภาค

ฮอลล์เอฟเฟกต์ (1879) คือการเกิดขึ้นในโลหะ (หรือเซมิคอนดักเตอร์) ที่มีความหนาแน่นกระแส เจวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก ใน,สนามไฟฟ้าในทิศทางตั้งฉากกับ ใน ถึงเจ ให้เราวางแผ่นโลหะที่มีความหนาแน่นกระแส เจเป็นแม่เหล็ก

สนาม ใน,ตั้งฉาก j .สำหรับทิศทางที่กำหนด เจความเร็วของพาหะปัจจุบันในโลหะ - อิเล็กตรอน - ถูกชี้นำจากขวาไปซ้าย อิเล็กตรอนสัมผัสกับแรงลอเรนซ์ ซึ่งในกรณีนี้พุ่งขึ้นด้านบน ดังนั้นที่ขอบด้านบนของแผ่นจะมีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น (จะมีประจุลบ) และที่ขอบล่างจะขาดอิเล็กตรอน (จะมีประจุบวก) เป็นผลให้สนามไฟฟ้าตามขวางเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นระหว่างขอบของแผ่น อีฟกำกับจากล่างขึ้นบน เมื่อเกิดความตึงเครียด อีฟสนามตามขวางนี้ถึงค่าที่ผลกระทบต่อประจุจะทำให้แรงลอเรนซ์สมดุล จากนั้นจึงเกิดการกระจายประจุที่นิ่งในทิศทางตามขวาง

แล้วที่ไหน. ก- ความกว้างของแผ่น; ∆ฉ - ความต่างศักย์ตามขวาง (ฮอลล์)

โดยคำนึงถึงความแรงในปัจจุบัน ฉัน = jS = nevS (S- พื้นที่หน้าตัดของความหนาของแผ่น ง, n- ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน โวลต์ - ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ตามลำดับของอิเล็กตรอน, ความหนาแน่นของกระแสเจ = env) ที่เราได้รับคือ ความต่างศักย์ตามขวางของฮอลล์เป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ใน,ความแรงของกระแสไฟฟ้า / และแปรผกผันกับความหนาของแผ่น ง.

- ค่าคงที่ของฮอลล์ ขึ้นอยู่กับสาร โดยค่าที่วัดได้ของค่าคงที่ฮอลล์สามารถ: 1) กำหนด

ความเข้มข้นของตัวพากระแสไฟฟ้าในตัวนำ (โดยทราบลักษณะของการนำไฟฟ้าและประจุของตัวพา) 2) ตัดสินลักษณะของการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากสัญลักษณ์ของค่าคงที่ของฮอลล์เกิดขึ้นพร้อมกับเครื่องหมายของประจุ e ของพาหะปัจจุบัน จึงเกิดผล

ฮอลล์เอฟเฟกต์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการศึกษาสเปกตรัมพลังงานของตัวพากระแสไฟฟ้าในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์

การจำแนกประเภทของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวัตถุประสงค์

อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรมใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่างๆ จำนวนมาก ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มหลักได้หลายกลุ่ม: 1) ตัวต้านทานเซมิคอนดักเตอร์; 2) ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์; 3) ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์; 4) ทรานซิสเตอร์สนามผล; 5) ไทริสเตอร์

ตัวต้านทานและไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์สองอิเล็กโทรด ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และฟิลด์เอฟเฟกต์เป็นอุปกรณ์สามอิเล็กโทรด ไทริสเตอร์สามารถเป็นได้ทั้งสองอิเล็กโทรดหรือสามอิเล็กโทรด

ตัวต้านทานเซมิคอนดักเตอร์ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบไอโซโทรปิก (เนื้อเดียวกัน) ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะทางไฟฟ้าของตัวต้านทาน ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าหลายประเภท โดยเกิดเป็นรอยต่อ p-n หนึ่งจุด ลักษณะทางไฟฟ้าของไดโอดถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อ p-n เป็นหลัก

ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันจะเกิดรอยต่อ p-n สองจุด ลักษณะทางไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อ pn เหล่านี้และขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของพวกมันอย่างมาก ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กนั้นใช้สารกึ่งตัวนำที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ซึ่งประกอบเป็นรอยต่อ p-n หนึ่งจุด แต่แตกต่างจากไดโอดและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ คุณลักษณะทางไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของช่องเซมิคอนดักเตอร์แบบไอโซทรอปิกกับจุดเชื่อมต่อ p-n

ไทริสเตอร์ใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าหลายประเภท ซึ่งก่อให้เกิดจุดเชื่อมต่อ p-n ตั้งแต่ 3 จุดขึ้นไป ลักษณะทางไฟฟ้าหลักของไทริสเตอร์ถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาของจุดเชื่อมต่อ p-n เหล่านี้

ไดโอดสารกึ่งตัวนำ

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าโดยมีทางแยกไฟฟ้าหนึ่งจุดและขั้วต่อสองขั้ว

การจำแนกประเภทและการกำหนดกราฟิกทั่วไปของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์แสดงไว้ในตาราง 1 2.2. ดังที่เห็นจากตาราง ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบจุดและระนาบ

ไดโอดแบบจุดใช้แผ่นเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอนที่มีค่าการนำไฟฟ้าชนิด n หนา 0.1-0.6 มม. และพื้นที่ 0.5-1.5 มม. 2 ลวดเหล็กที่ลับคมสัมผัสกับแผ่น (รูปที่ 2.5) ทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อ p-n ที่จุดสัมผัส

ลักษณะแรงดันกระแสของพอยต์ไดโอดที่อุณหภูมิต่างๆ แสดงไว้ในรูปที่ 1

เนื่องจากพื้นที่หน้าสัมผัสเล็ก ความจุกระแสไปข้างหน้าและอิเล็กโทรดระหว่างอิเล็กโทรดของไดโอดดังกล่าวจึงค่อนข้างน้อย ซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานได้ในบริเวณที่มีความถี่สูงมาก (ไดโอดไมโครเวฟ) ไดโอดแบบจุดทำหน้าที่หลักในการแก้ไขกระแสสลับ (ไดโอดเรียงกระแส)

ในไดโอดระนาบ ทางแยก pn ถูกสร้างขึ้นโดยเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน และพื้นที่ทางแยกของไดโอดประเภทต่าง ๆ มีตั้งแต่หนึ่งในร้อยของตารางมิลลิเมตร (ไดโอดไมโครระนาบ) ไปจนถึงหลายสิบตารางเซนติเมตร (ไดโอดกำลัง ).

ตามวิธีการแนะนำสิ่งเจือปนไดโอดจะถูกแบ่งออกเป็นโลหะผสมและการแพร่กระจาย

ลักษณะทางไฟฟ้าของไดโอดระนาบถูกกำหนดโดยลักษณะของจุดเชื่อมต่อ pn ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของไดโอด จะใช้คุณลักษณะบางอย่างของจุดเชื่อมต่อ p-n

มาดูประเภทและลักษณะของไดโอดระนาบต่างๆ กันดีกว่า

ไดโอดเรียงกระแสเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้คุณสมบัติการแก้ไขของจุดเชื่อมต่อ p-n เช่นเดียวกับไดโอดแบบจุด

การออกแบบไดโอดเรียงกระแสอันทรงพลังแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.7. ไดโอดเรียงกระแสพลังงานต่ำ เช่นเดียวกับไดโอดเรียงกระแสที่ออกแบบมาเพื่อทำงานในวงจรความถี่สูงและพัลส์ มักจะมีการออกแบบคล้ายกับไดโอดแบบจุด

ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดเรียงกระแสอันทรงพลังแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.8.

เนื่องจากพื้นที่ทางแยกขนาดใหญ่ ไดโอดระนาบจึงได้รับการออกแบบสำหรับกระแสไปข้างหน้าสูง โดยทั่วไป แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดจะไม่เกิน 1-2 V ในขณะที่ความหนาแน่นกระแสในเซมิคอนดักเตอร์สูงถึง 1-10 A/mm2 ซึ่งทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเล็กน้อย เพื่อรักษาการทำงานของไดโอดเจอร์เมเนียม อุณหภูมิไม่ควรเกิน 85-100° C ไดโอดซิลิคอนสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิ 150-200° C

เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ กระแสย้อนกลับเล็กน้อยจะปรากฏขึ้น (รูปที่ 2.8) ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของพาหะประจุส่วนน้อยผ่านทางแยก p-n

เมื่ออุณหภูมิของรอยต่อ pn เพิ่มขึ้น จำนวนพาหะประจุส่วนน้อยจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนบางตัวจากแถบเวเลนซ์ไปเป็นแถบการนำไฟฟ้าและการก่อตัวของคู่ตัวพาประจุอิเล็กตรอนในรู ดังนั้นกระแสย้อนกลับของไดโอดจึงเพิ่มขึ้น

เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับหลายร้อยโวลต์กับไดโอด สนามไฟฟ้าภายนอกในชั้นปิดกั้นจะแรงมากจนสามารถดึงอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์เข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าได้ (เอฟเฟกต์ซีเนอร์) ในกรณีนี้กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งทำให้เกิดความร้อนของไดโอดกระแสเพิ่มขึ้นอีกและในที่สุดความร้อนจะสลาย (การทำลาย) ของทางแยก p-n ไดโอดส่วนใหญ่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่แรงดันย้อนกลับไม่เกิน (0.7-0.8) ตัวอย่าง U ตามกฎแล้วแม้แต่การเพิ่มขึ้นของแรงดันย้อนกลับในระยะสั้นเหนือแรงดันพังทลายก็นำไปสู่การพังทลายของจุดเชื่อมต่อ p-n และความล้มเหลวของไดโอด

พารามิเตอร์หลักของไดโอดตัวเรียงกระแสแบบจุดและระนาบคือ: กระแสไปข้างหน้าของไดโอด I pr ซึ่งถูกทำให้เป็นมาตรฐานที่แรงดันไปข้างหน้าที่แน่นอน (ปกติคือ 1-2 V) กระแสไปข้างหน้าสูงสุดที่อนุญาตของไดโอด I pr max, แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาตของไดโอด U rev max; กระแสไดโอดย้อนกลับ I rev ซึ่งถูกทำให้เป็นมาตรฐานที่แรงดันย้อนกลับสูงสุด U rev สูงสุด พารามิเตอร์ของไดโอดเรียงกระแสต่างๆ แสดงไว้ในตาราง 1

สารกึ่งตัวนำซีเนอร์ไดโอด- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งแรงดันไฟฟ้าในบริเวณที่กระแสไฟฟ้าขัดข้องขึ้นอยู่กับกระแสไฟและใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า

ซีเนอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทำงานในพื้นที่ไฟฟ้าสลายของทางแยก p-n เพื่อป้องกันการสลายความร้อน การออกแบบซีเนอร์ไดโอดช่วยให้สามารถระบายความร้อนออกจากจุดเชื่อมต่อ p-n ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับซีเนอร์ไดโอดคือซิลิคอน ลักษณะแรงดันกระแสของซีเนอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1

ดังที่เห็นได้จากรูป ในพื้นที่พังทลาย แรงดันไฟฟ้าบนซีเนอร์ไดโอด U CT เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในกระแสรักษาเสถียรภาพ I CT คุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอดนี้ใช้เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียร เช่น ในตัวปรับแรงดันไฟฟ้าแบบพาราเมตริก

พารามิเตอร์หลักของซีเนอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คือ: แรงดันไฟฟ้าที่เสถียร U CT; ความต้านทานแบบไดนามิกในส่วนการรักษาเสถียรภาพ Rd = d U CT / dI CT ; กระแสซีเนอร์ไดโอดขั้นต่ำ Ist min; กระแสซีเนอร์ไดโอดสูงสุด Ist สูงสุด; ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้าในส่วนเสถียรภาพ TKU = d U CT /dT 100%

แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรของซีเนอร์ไดโอดสมัยใหม่อยู่ในช่วง 1-1,000 V และขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นปิดกั้นของทางแยก p-n

ไดโอดอุโมงค์- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์เสื่อมลง ซึ่งเอฟเฟกต์ทันเนลทำให้เกิดลักษณะของส่วนการนำไฟฟ้าดิฟเฟอเรนเชียลเป็นลบบนคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่แรงดันไปข้างหน้า (ดูรูป)

สาขาตรง c ใช้เป็นสาขาการทำงาน ก. เอ็กซ์

วัสดุสำหรับอุโมงค์ไดโอดคือเจอร์เมเนียมหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่มีการเจืออย่างหนัก

พารามิเตอร์หลักของอุโมงค์ไดโอดคือ: Ip กระแสสูงสุด (เส้นโค้ง 1 ในรูปที่ 1) และอัตราส่วนของกระแสสูงสุดต่อ Ip/Ib กระแสในหุบเขา สำหรับไดโอดที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมภายในประเทศ Ip = 0.1-100 mA และ Ip / Iv = 5 - 20

อุโมงค์ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ความเร็วสูงและใช้ในออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงและสวิตช์พัลส์ความเร็วสูง

ไดโอดกลับด้าน- ประเภทของทันเนลไดโอดที่มีกระแสไฟสูงสุด Iп = 0 (เส้นโค้ง 2 ในรูป) หากแรงดันไปข้างหน้า Upr ถูกนำไปใช้กับไดโอดแบบย้อนกลับ< 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.

ไดโอดแบบกลับทิศทางถูกนำมาใช้ เช่น ไดโอดแบบทันเนล ในอุปกรณ์พัลซ์ และยังใช้เป็นตัวแปลงสัญญาณ (มิกเซอร์และตัวตรวจจับ) ในอุปกรณ์วิทยุอีกด้วย

วาริแคป- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้การพึ่งพาความจุ

จุดเชื่อมต่อ p-n จากแรงดันย้อนกลับและมีไว้สำหรับใช้เป็นองค์ประกอบที่มีค่าความจุไฟฟ้าควบคุมด้วยไฟฟ้า วัสดุเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการผลิตวาริแคปคือซิลิคอน การพึ่งพาความจุ varicap กับแรงดันย้อนกลับจะแสดงในรูปที่ 1

พารามิเตอร์หลักของ varicap คือ: ความจุรวมของ varicap C ซึ่งมักจะคงที่ที่แรงดันย้อนกลับขนาดเล็ก Uo6p = 2-5 V; ค่าสัมประสิทธิ์การทับซ้อนของความจุ Ks = Cmax/Cmin สำหรับ varicap ส่วนใหญ่ Sv = 10-500 pF และค่าสัมประสิทธิ์การทับซ้อนของความจุ Ks = 5-20

Varicaps ใช้ในระบบควบคุมระยะไกลและในแอมพลิฟายเออร์พาราเมตริกที่มีระดับเสียงต่ำ

F o d i o d, ตาแมวเซมิคอนดักเตอร์, LED- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ผลของอันตรกิริยาของรังสี (มองเห็นได้ อินฟราเรด หรืออัลตราไวโอเลต) กับตัวพาประจุ (อิเล็กตรอนและรู) ในชั้นปิดกั้นของจุดเชื่อมต่อ p-n

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีเอาต์พุต 2 ช่องและจุดเชื่อมต่อรูอิเล็กตรอน 1 ช่อง

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ อุปกรณ์อัตโนมัติและคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีตัวแปลงพลังงาน ไดโอดกำลังสูงใช้ในโรงไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์ฉุดลาก เครื่องมือกล และกลไกต่างๆ

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับหลอดอิเล็กตรอน: ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพสูง ไม่มีแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนจากหลอดไส้ อายุการใช้งานยาวนาน ความน่าเชื่อถือสูง

คุณสมบัติที่สำคัญของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ - การนำไฟฟ้าทางเดียว - ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์สำหรับแก้ไข จำกัด และแปลงสัญญาณไฟฟ้า

ไดโอดถูกจัดประเภทตามวัตถุประสงค์ คุณสมบัติทางกายภาพ พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าพื้นฐาน คุณลักษณะการออกแบบและเทคโนโลยี (จุดและระนาบ) และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต้นทาง

ตามวัตถุประสงค์การใช้งานไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มีความโดดเด่น: วงจรเรียงกระแส, พัลส์, ซีเนอร์ไดโอด (อ้างอิง), โฟโตไดโอด, ไดโอดเปล่งแสง

1. วงจรเรียงกระแสได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสสลับให้เป็นกระแสตรง และใช้คุณสมบัติของจุดเชื่อมต่อ rn เช่นเดียวกับจุดเชื่อมต่อไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อนำกระแสได้ดีในทิศทางเดียวและนำไฟฟ้าได้ไม่ดีในทิศทางตรงกันข้าม กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเหล่านี้เรียกว่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าและย้อนกลับ มีไดโอดเรียงกระแสความถี่ต่ำและสูง แบบแรกใช้ในอุปกรณ์แปลงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ แบบหลังใช้สำหรับแปลงสัญญาณวิทยุ

2. พัลส์มีไว้สำหรับการทำงานหลักในอุปกรณ์พัลส์ คุณสมบัติถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ที่คำนึงถึงความเฉื่อยในการสลับไดโอด: ความจุของจุดเชื่อมต่อ ช่วงเวลาการกู้คืนความต้านทานแบบย้อนกลับ

3. ซีเนอร์ไดโอดได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้คงที่และจำกัดแรงดันไฟกระชาก ไดโอดเหล่านี้ใช้ปรากฏการณ์การสลายทางไฟฟ้าแบบไม่ทำลายของจุดเชื่อมต่อ pH ที่ค่าแรงดันย้อนกลับบางค่า พารามิเตอร์ที่สำคัญคือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า

การทำเครื่องหมายจะขึ้นอยู่กับรหัสตัวอักษรและตัวเลข

ตัวอักษรหรือตัวเลขตัวแรกบ่งบอกถึงวัสดุของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์: 1 หรือ G – เจอร์เมเนียม; 2 – K – ซิลิคอน; 3-A – แกลเลียมอาร์เซไนด์

ตัวอักษรตัวที่สองหมายถึงคลาสไดโอด: D - วงจรเรียงกระแส, Ai - ไดโอดไมโครเวฟ, B - varicap, C - ซีเนอร์ไดโอด, I - ไดโอดอุโมงค์;

ตัวเลข 3 หลักถัดไปแสดงลักษณะประเภทหรือขอบเขตการใช้งาน 101-399 - วงจรเรียงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ, 401-499 - ทำงานในวงจรความถี่สูงหรือความถี่พิเศษ, 501-599 - ระบบพัลส์

ตัวเลขสุดท้ายแสดงถึงการออกแบบหรือคุณสมบัติอื่นๆ ของไดโอด

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแอคทีฟที่มีจุดเชื่อมต่อ pH ที่โต้ตอบกัน 2 จุดและขั้วต่อ 3 จุด ใช้ในการขยายและสร้างการสั่นทางไฟฟ้า (ในด้านการสื่อสาร โทรทัศน์ เรดาร์ วิทยุนำทาง ระบบอัตโนมัติ เทเลเมคานิก คอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีการวัด)

ทรานซิสเตอร์มีโครงสร้างสามชั้นประกอบด้วยพื้นที่สลับที่มีการนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ p-n-p หรือ n-p-n หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับการใช้กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเมื่อประจุไฟฟ้าหลักถูกถ่ายโอนจากตัวปล่อย ไปจนถึงเขตสะสม (โซนสุดขีด) ผ่านฐาน (โซนกลาง) วัตถุประสงค์ของจุดเชื่อมต่อตัวปล่อยคือการฉีด (การฉีด) ของพาหะหลักของตัวปล่อยลงในบริเวณฐาน

ทรานซิสเตอร์มี 4 โหมดการทำงาน:

ใช้งานอยู่ (ทางแยกฐานตัวส่งสัญญาณเชื่อมต่อในทิศทางไปข้างหน้า และทางแยกฐานตัวรวบรวมอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม)

ผกผัน (ทางแยกฐานตัวส่งสัญญาณเชื่อมต่อในทิศทางย้อนกลับ และทางแยกฐานตัวรวบรวมเชื่อมต่อในทิศทางไปข้างหน้า)

โหมดตัด - การเปลี่ยนทั้งสองเปิดใช้งานในทิศทางย้อนกลับ

โหมดความอิ่มตัว - การเปลี่ยนทั้งสองเปิดใช้งานในทิศทางไปข้างหน้า

ข้อเสียของทรานซิสเตอร์คือความไม่เสถียรของพารามิเตอร์และคุณลักษณะค่อนข้างสูง สาเหตุของความไม่เสถียร: อิทธิพลของอุณหภูมิโดยรอบ การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ระหว่างการเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป ความแปรผันของพารามิเตอร์ระหว่างกระบวนการผลิตของทรานซิสเตอร์ประเภทเดียวกัน

ทรานซิสเตอร์จำแนกตามวัสดุ วิธีการเคลื่อนที่ของตัวพารายย่อยในภูมิภาคฐาน กำลังและความถี่ วัตถุประสงค์ และวิธีการผลิต

เตรียมไว้

นักเรียนชั้น 10 "A"

โรงเรียนหมายเลข 610

อิฟชิน อเล็กเซย์

บทคัดย่อในหัวข้อ:

“ไดโอดและทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ ขอบเขตการใช้งาน”

1. สารกึ่งตัวนำ: ทฤษฎีและคุณสมบัติ

2. อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พื้นฐาน (โครงสร้างและการใช้งาน)

3. ประเภทของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

4. การผลิต

5. ขอบเขตการใช้งาน

1. สารกึ่งตัวนำ: ทฤษฎีและคุณสมบัติ

ก่อนอื่นคุณต้องทำความคุ้นเคยกับกลไกการนำไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์ และในการทำเช่นนี้ คุณต้องเข้าใจธรรมชาติของพันธะที่ยึดอะตอมของผลึกเซมิคอนดักเตอร์ไว้ใกล้กัน ตัวอย่างเช่น พิจารณาคริสตัลซิลิคอน

ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบแบบเตตระวาเลนต์ ซึ่งหมายความว่าภายนอก

เปลือกของอะตอมมีอิเล็กตรอน 4 ตัว ซึ่งมีพันธะค่อนข้างอ่อน

มีแกนกลาง จำนวนเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของแต่ละอะตอมของซิลิคอนก็เท่ากับเช่นกัน

สี่ ปฏิกิริยาของอะตอมข้างเคียงคู่หนึ่งดำเนินการโดยใช้

พันธะ paionoelectronic เรียกว่าพันธะโควาเลนต์ ในด้านการศึกษา

พันธะนี้จากแต่ละอะตอมเกี่ยวข้องกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งตัว

ซึ่งแยกออกจากอะตอม (รวมตัวด้วยคริสตัล) และเมื่อใด

ในการเคลื่อนไหวพวกเขาใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ในช่องว่างระหว่างกัน

อะตอมข้างเคียง ประจุลบของพวกมันจะเก็บไอออนของซิลิคอนบวกไว้ใกล้กัน แต่ละอะตอมสร้างพันธะสี่พันธะกับเพื่อนบ้าน

และเวเลนซ์อิเล็กตรอนใดๆ ก็สามารถเคลื่อนที่ไปตามหนึ่งในนั้นได้ เมื่อไปถึงอะตอมใกล้เคียงแล้ว มันสามารถเคลื่อนไปยังอะตอมถัดไป จากนั้นจึงต่อไปตามคริสตัลทั้งหมด

วาเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นของคริสตัลทั้งหมด พันธะคู่อิเล็กตรอนของซิลิคอนมีความแข็งแรงมากและไม่แตกตัวที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้นซิลิคอนที่อุณหภูมิต่ำจึงไม่นำกระแสไฟฟ้า เวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับพันธะของอะตอมจะเกาะติดกับตาข่ายคริสตัลอย่างแน่นหนา และสนามไฟฟ้าภายนอกจะไม่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของพวกมันอย่างเห็นได้ชัด

การนำไฟฟ้า

เมื่อซิลิคอนถูกให้ความร้อน พลังงานจลน์ของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และ

การเชื่อมต่อส่วนบุคคลขาดหาย อิเล็กตรอนบางตัวออกจากวงโคจรและกลายเป็นอิสระ เหมือนอิเล็กตรอนในโลหะ ในสนามไฟฟ้า พวกมันเคลื่อนที่ระหว่างโหนดขัดแตะ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากมีโลหะอิสระ

อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเรียกว่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จำนวนพันธะที่แตกหักและอิเล็กตรอนอิสระก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อได้รับความร้อนจาก 300 เป็น 700 K จำนวนพาหะประจุฟรีจะเพิ่มจาก 10.17 เป็น 10.24 1/m.3 สิ่งนี้ส่งผลให้ความต้านทานลดลง

การนำไฟฟ้าของรู

เมื่อพันธะขาด จะเกิดบริเวณว่างที่มีอิเล็กตรอนหายไป

มันเรียกว่าหลุม หลุมนั้นมีประจุบวกมากเกินไปเมื่อเทียบกับพันธะปกติอื่นๆ ตำแหน่งของรูในคริสตัลไม่คงที่ กระบวนการต่อไปนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง หนึ่ง

จากอิเล็กตรอนที่รับประกันการเชื่อมต่อของอะตอมจะกระโดดไปยังจุดแลกเปลี่ยน

เกิดรูและคืนพันธะคู่อิเล็กทรอนิกส์ที่นี่

และจุดที่อิเล็กตรอนกระโดดออกมา หลุมใหม่ก็เกิดขึ้น ดังนั้น

ดังนั้นรูจึงสามารถเคลื่อนที่ไปทั่วคริสตัลได้

หากความแรงของสนามไฟฟ้าในตัวอย่างเป็นศูนย์ การเคลื่อนที่ของรูซึ่งเทียบเท่ากับการเคลื่อนที่ของประจุบวกจะเกิดขึ้นแบบสุ่ม จึงไม่สร้างกระแสไฟฟ้า ในที่ที่มีสนามไฟฟ้าการเคลื่อนที่ของรูจะเกิดขึ้นตามลำดับดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของรูจะถูกเพิ่มเข้าไปในกระแสไฟฟ้าของอิเล็กตรอนอิสระ ทิศทางการเคลื่อนที่ของรูจะตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน

ดังนั้นในเซมิคอนดักเตอร์จึงมีพาหะประจุสองประเภท: อิเล็กตรอนและรู ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์ไม่เพียงแต่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าการนำไฟฟ้าของรูด้วย ค่าการนำไฟฟ้าภายใต้สภาวะเหล่านี้เรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าภายในของเซมิคอนดักเตอร์ ค่าการนำไฟฟ้าภายในของเซมิคอนดักเตอร์มักจะต่ำ เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนอิสระมีน้อย เช่น ในเจอร์เมเนียมที่อุณหภูมิห้อง ne = 3 ต่อ 10 ใน 23 ซม. ใน –3 ในเวลาเดียวกันจำนวนอะตอมของเจอร์เมเนียมใน 1 ลูกบาศก์ซม. คือประมาณ 10 ใน 23 ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนอิสระจึงอยู่ที่ประมาณหนึ่งในสิบพันล้านของจำนวนอะตอมทั้งหมด

คุณลักษณะที่สำคัญของเซมิคอนดักเตอร์ก็คือ

ในที่ที่มีสิ่งสกปรกพร้อมกับการนำไฟฟ้าภายใน

เพิ่มเติม - การนำสิ่งเจือปน ความเข้มข้นที่เปลี่ยนไป

สิ่งเจือปน คุณสามารถเปลี่ยนจำนวนผู้ให้บริการชาร์จได้อย่างมาก

หรือป้ายอื่นๆ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเซมิคอนดักเตอร์ด้วย

ความเข้มข้นที่โดดเด่นเป็นลบหรือบวก

ผู้ให้บริการที่มีการเรียกเก็บเงินอย่างแข็งขัน มีการค้นพบคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์นี้

เปิดโอกาสให้นำไปประยุกต์ใช้งานได้จริง

สิ่งเจือปนของผู้บริจาค

ปรากฎว่าในที่ที่มีสิ่งสกปรก เช่น อะตอมของสารหนู แม้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก จำนวนอิเล็กตรอนอิสระก็เพิ่มขึ้น

หลายครั้ง สิ่งนี้เกิดขึ้นด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้ อะตอมของสารหนูมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว โดย 4 ตัวมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมนี้กับอะตอมที่อยู่รอบๆ เช่น กับอะตอมของซิลิคอน เวเลนซ์อิเล็กตรอนตัวที่ 5 ดูเหมือนจะจับกับอะตอมอย่างอ่อนแรง มันออกจากอะตอมของสารหนูได้ง่ายและกลายเป็นอิสระ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระเพิ่มขึ้นอย่างมาก และมากกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระในเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ถึงพันเท่า สิ่งเจือปนที่บริจาคอิเล็กตรอนได้ง่ายเรียกว่าสิ่งเจือปนของผู้บริจาค และเซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n อิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุส่วนใหญ่ และรูคือตัวพาประจุส่วนน้อย

ตัวรับสิ่งสกปรก

ถ้าอินเดียมซึ่งมีอะตอมเป็นไตรวาเลนต์ถูกใช้เป็นสิ่งเจือปน ธรรมชาติของการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์จะเปลี่ยนไป ในปัจจุบัน อะตอมอินเดียมไม่สร้างพันธะคู่อิเล็กทรอนิกส์กับเพื่อนบ้านตามปกติ

ได้รับอิเล็กตรอน เป็นผลให้เกิดหลุมขึ้น จำนวนรูในคริสตัล

talle เท่ากับจำนวนอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ สิ่งเจือปนชนิดนี้ก็คือ

เรียกว่าผู้รับ (รับ) ในที่ที่มีสนามไฟฟ้า

หลุมผสมกันทั่วทั้งสนามและการนำรูเกิดขึ้น โดย-

เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความเด่นของการนำรูมากกว่าอิเล็กตรอน

พวกมันเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p (จากคำว่าบวก - บวก)

2. อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พื้นฐาน (โครงสร้างและการใช้งาน)

มีอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พื้นฐานอยู่สองชนิด: ไดโอดและทรานซิสเตอร์

ในปัจจุบัน ไดโอดถูกนำมาใช้มากขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์เพื่อแก้ไขกระแสไฟฟ้าในวงจรวิทยุ ควบคู่ไปกับหลอดไฟแบบสองขั้ว เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ ในหลอดสุญญากาศ อิเล็กตรอนตัวพาประจุจะถูกสร้างขึ้นโดยการให้ความร้อนกับแคโทด ในทางแยก p-n ตัวพาประจุจะเกิดขึ้นเมื่อมีการนำตัวรับหรือตัวพาสิ่งเจือปนเข้าไปในคริสตัล ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานในการรับตัวพาประจุ ในวงจรที่ซับซ้อน การประหยัดพลังงานที่เป็นผลจากสิ่งนี้มีความสำคัญมาก นอกจากนี้วงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่ากระแสที่แก้ไขเท่ากันนั้นมีขนาดเล็กกว่าวงจรเรียงกระแสแบบหลอด ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทำจากเจอร์เมเนียมและซิลิคอน ซีลีเนียมและสารอื่นๆ ลองพิจารณาว่าทางแยก p-n ถูกสร้างขึ้นอย่างไรเมื่อใช้สิ่งเจือปนด้านล่าง ไม่สามารถรับทางแยกนี้ได้โดยการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์สองตัวประเภทต่าง ๆ โดยอัตโนมัติ ส่งผลให้ช่องว่างระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ใหญ่เกินไป ความหนานี้ไม่ควรเกินระยะห่างระหว่างอะตอม ดังนั้นอินเดียมจึงถูกหลอมให้กลายเป็นพื้นผิวด้านใดด้านหนึ่งของตัวอย่าง เนื่องจากการแพร่กระจายของอะตอมอินเดียมลึกเข้าไปในผลึกเดี่ยวเจอร์เมเนียม บริเวณที่มีความนำไฟฟ้าชนิด p จะถูกเปลี่ยนใกล้กับพื้นผิวเจอร์เมเนียม ตัวอย่างเจอร์เมเนียมที่เหลือซึ่งอะตอมอินเดียมไม่สามารถทะลุเข้าไปได้ ยังคงมีค่าการนำไฟฟ้าชนิด n จุดเชื่อมต่อ p-n เกิดขึ้นระหว่างภูมิภาค ในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ เจอร์เมเนียมทำหน้าที่เป็นแคโทด และอินเดียมทำหน้าที่เป็นขั้วบวก รูปที่ 1 แสดงการเชื่อมต่อโดยตรง (b) และย้อนกลับ (c) ของไดโอด

คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันสำหรับการเชื่อมต่อไปข้างหน้าและย้อนกลับแสดงในรูปที่ 2

พวกเขาเปลี่ยนหลอดไฟและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ส่วนใหญ่สำหรับวงจรเรียงกระแส นอกจากนี้ ไดโอดยังพบการใช้งานในอุปกรณ์ต่างๆ

ทรานซิสเตอร์.

ลองพิจารณาทรานซิสเตอร์ประเภทหนึ่งที่ทำจากเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอนโดยมีสิ่งเจือปนจากผู้บริจาคและผู้รับ การกระจายตัวของสิ่งเจือปนนั้นทำให้ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n บางมาก (ตามลำดับหลายไมโครเมตร) ถูกสร้างขึ้นระหว่างสองชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p สองชั้น 3. ชั้นบาง ๆ นี้เรียกว่าฐานหรือฐาน เทอร์มินัลสามตัวจากพื้นที่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันทำให้คุณสามารถเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์เข้ากับวงจรที่แสดงในรูปที่ 3 ด้วยการเชื่อมต่อนี้

ทางแยก pn ด้านซ้ายนั้นตรงและแยกฐานออกจากบริเวณประเภท p ที่เรียกว่าตัวปล่อย หากไม่มีจุดเชื่อมต่อ p-n ที่ถูกต้อง ก็จะมีกระแสไฟฟ้าในวงจรฐานตัวปล่อย ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด (แบตเตอรี่ B1 และแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

ความต้านทาน) และความต้านทานของวงจร รวมถึงความต้านทานทางตรงต่ำ

ตัวปล่อย - การเปลี่ยนฐาน เชื่อมต่อแบตเตอรี่ B2 เพื่อให้จุดเชื่อมต่อ pn ด้านขวาในวงจร (ดูรูปที่ 3) กลับด้าน แยกฐานออกจากส่วน p-type ด้านขวาที่เรียกว่าตัวสะสม หากไม่มีทางแยก pn ด้านซ้าย วงจรกระแสและวงจรสะสมจะใกล้เคียงกับศูนย์ เนื่องจากความต้านทานของจุดเชื่อมต่อแบบย้อนกลับนั้นสูงมาก เมื่อมีกระแสอยู่ที่ทางแยก p-n ด้านซ้าย กระแสจะปรากฏขึ้นในวงจรตัวรวบรวม และความแรงของกระแสในตัวรวบรวมจะน้อยกว่าความแรงของกระแสในตัวส่งสัญญาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างตัวปล่อยและฐาน พาหะหลักของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p - รูเจาะเข้าไปในฐาน gdr พวกมันเป็นพาหะหลักอยู่แล้ว เนื่องจากความหนาของฐานมีขนาดเล็กมากและจำนวนพาหะหลัก (อิเล็กตรอน) ในนั้นมีขนาดเล็ก รูที่เข้าไปข้างในนั้นแทบจะไม่รวมกัน (อย่ารวมตัวกันใหม่) กับอิเล็กตรอนของฐานและเจาะเข้าไปในตัวสะสมเนื่องจาก เพื่อการแพร่กระจาย ทางแยก pn ด้านขวานั้นปิดอยู่กับพาหะประจุหลักของเบส - อิเล็กตรอน แต่ไม่ใช่กับรู ในคอลเลคเตอร์ สนามไฟฟ้าจะพัดพารูออกไปและทำให้วงจรสมบูรณ์ ความแรงของกระแสที่แตกแขนงเข้าสู่วงจรตัวปล่อยจากฐานมีขนาดเล็กมากเนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของฐานในระนาบแนวนอน (ดูรูปที่ 3) มีขนาดเล็กกว่าหน้าตัดในระนาบแนวตั้งมาก . ความแรงของกระแสในตัวสะสม ซึ่งเกือบจะเท่ากับความแรงของกระแสในตัวปล่อย เปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับกระแสในตัวปล่อย ตัวต้านทานอาร์ มีผลเพียงเล็กน้อยต่อกระแสสะสม และความต้านทานนี้สามารถทำให้มีขนาดค่อนข้างใหญ่ โดยการควบคุมกระแสของตัวปล่อยโดยใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เชื่อมต่อกับวงจร เราได้รับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบซิงโครนัสทั่วตัวต้านทาน หากความต้านทานของตัวต้านทานมีขนาดใหญ่ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมอาจมากกว่าการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณในวงจรอิมิตเตอร์หลายหมื่นเท่า ซึ่งหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการใช้โหลด R จึงเป็นไปได้ที่จะรับสัญญาณไฟฟ้าที่มีกำลังมากกว่ากำลังที่เข้าสู่วงจรตัวส่งสัญญาณหลายเท่าซึ่งมาแทนที่หลอดสุญญากาศและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีทางแยกไฟฟ้าหนึ่งจุดและขั้วต่อสองขั้ว พวกมันถูกใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ, ตรวจจับการสั่นของกระแสสลับ, แปลงการสั่นของไมโครเวฟเป็นการสั่นของความถี่กลาง, ปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ฯลฯ ตามวัตถุประสงค์ของพวกเขา ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จะถูกแบ่งออกเป็นไดโอดเรียงกระแส, ไดโอดความถี่สูง, วาริแคป, ซีเนอร์ ไดโอด ฯลฯ

ไดโอดเรียงกระแสไดโอดเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแสได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรง

พื้นฐานของไดโอดเรียงกระแสสมัยใหม่คือจุดเชื่อมต่อรูอิเล็กตรอน (EDJ) ซึ่งได้มาจากการหลอมรวมหรือการแพร่กระจาย วัสดุที่ใช้คือเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอน

เพื่อให้ได้ค่ากระแสที่แก้ไขจำนวนมากในไดโอดเรียงกระแสจึงใช้ EAF ที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่เนื่องจากสำหรับการทำงานปกติของไดโอดความหนาแน่นกระแสผ่านทางแยกไม่ควรเกิน 1-2 A/mm 2

ไดโอดดังกล่าวเรียกว่าระนาบ การออกแบบไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ระนาบพลังงานต่ำแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.1 ก. เพื่อปรับปรุงการกระจายความร้อนในไดโอดขนาดกลาง และกำลังสูงจะเชื่อมสกรูเข้ากับตัวเครื่องโดยที่ไดโอดจะติดอยู่กับหม้อน้ำหรือแชสซีพิเศษ (รูปที่ 2.1, b)

ลักษณะสำคัญของไดโอดเรียงกระแสคือลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแส (ลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์) ประเภทของลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันขึ้นอยู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และอุณหภูมิ (รูปที่ 2.2, a และ b)

พารามิเตอร์หลักของการแก้ไขไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คือ:

แรงดันไปข้างหน้าคงที่ U np ที่กระแสไปข้างหน้าที่กำหนด

แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต U o 6 p สูงสุดซึ่งไดโอดยังคงสามารถทำงานได้ตามปกติเป็นเวลานาน

กระแสย้อนกลับคงที่ไหลผ่านไดโอดที่แรงดันย้อนกลับเท่ากับ U o 6 p สูงสุด ;

กระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ยซึ่งสามารถผ่านไดโอดเป็นเวลานานที่อุณหภูมิความร้อนที่ยอมรับได้

กำลังไฟสูงสุดที่อนุญาตซึ่งกระจายโดยไดโอด ที่ซึ่งรับประกันความน่าเชื่อถือที่ระบุของไดโอด

ตามค่าสูงสุดที่อนุญาตของกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย ไดโอดจะถูกแบ่งออกเป็นพลังงานต่ำ () กำลังปานกลาง ( ) และกำลังสูง () ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงเรียกว่าพาวเวอร์ไดโอด

องค์ประกอบวงจรเรียงกระแสพลังงานต่ำซึ่งเป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแสที่ต่ออนุกรมกันเรียกว่าคอลัมน์วงจรเรียงกระแส นอกจากนี้ยังมีการผลิตหน่วยวงจรเรียงกระแสซึ่งมีการเชื่อมต่อไดโอดเรียงกระแสตามวงจรบางอย่าง (เช่นบริดจ์)

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแสสามารถทำงานได้ที่ความถี่ 50... 10 5 Hz (ไดโอดกำลัง - ที่ความถี่ 50 Hz) เช่น เป็นความถี่ต่ำ

ไดโอดความถี่สูงไดโอดความถี่สูงรวมถึงไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถทำงานที่ความถี่สูงถึง 300 MHz ไดโอดที่ทำงานที่ความถี่สูงกว่า 300 MHz เรียกว่าความถี่สูงพิเศษ (ไมโครเวฟ)

เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การแบ่งส่วนความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลของ EHP แบบรีเวิร์สไบแอสโดยความจุการชาร์จจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ส่งผลให้ความต้านทานย้อนกลับลดลงและการเสื่อมสภาพในคุณสมบัติการแก้ไขของไดโอด เนื่องจากค่าความสามารถในการชาร์จเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของ EAF ดังนั้นการลดพื้นที่จึงจำเป็นต้องลดพื้นที่ของ EAF

ไดโอดไมโครอัลลอยด์มีพื้นที่ทางแยกเล็ก ๆ แต่... ข้อเสียคือการสะสมของประจุพาหะส่วนน้อยในฐานซึ่งจะถูกฉีดเข้าไปเมื่อไดโอดเปิดโดยตรง สิ่งนี้จะจำกัดประสิทธิภาพ (ช่วงความถี่) ของไดโอดไมโครอัลลอยด์

ไดโอดแบบชี้ที่สามารถทำงานในช่วงไมโครเวฟจะมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าและมีความถี่สูงกว่า ในการออกแบบนั้น สปริงโลหะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.1 มม. จะถูกกดโดยมีปลายสปริงติดกับคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ เลือกวัสดุสปริงเพื่อให้ฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนมากกว่าจากเซมิคอนดักเตอร์ ในกรณีนี้ ชั้นปิดกั้นจะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ เรียกว่าสิ่งกีดขวางชอตกี ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันผู้ศึกษาปรากฏการณ์นี้ ไดโอดซึ่งการทำงานขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสิ่งกีดขวางชอตกีเรียกว่าไดโอดชอตกี ในนั้นกระแสไฟฟ้าจะถูกพาโดยพาหะประจุส่วนใหญ่ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ไม่มีปรากฏการณ์การฉีดและการสะสมของพาหะประจุส่วนน้อย

ไดโอดความถี่สูงและไมโครเวฟใช้สำหรับแก้ไขการสั่นความถี่สูง (วงจรเรียงกระแส) การตรวจจับ (เครื่องตรวจจับ) การควบคุมระดับพลังงาน (การสลับ) การคูณความถี่ (การคูณ) และการแปลงสัญญาณไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นอื่น ๆ

วาริแคป Varicaps เป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งการกระทำขึ้นอยู่กับการพึ่งพาความจุของแรงดันย้อนกลับ Varicaps ถูกใช้เป็นองค์ประกอบความจุที่ควบคุมด้วยไฟฟ้า

ลักษณะของการพึ่งพาแสดงไว้ในรูปที่. 2.3 ก. การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่าคุณลักษณะประจุไฟฟ้า-แรงดันไฟฟ้าของวาริแคป พารามิเตอร์หลัก

วาริแคปคือ:

ความจุไฟฟ้าที่กำหนดซึ่งวัดที่แรงดันย้อนกลับที่กำหนด

ค่าสัมประสิทธิ์การทับซ้อนของความจุ Kc กำหนดโดยอัตราส่วนของความจุ varicap ที่ค่าแรงดันย้อนกลับสองค่า

แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต

ปัจจัยด้านคุณภาพ QB กำหนดเป็นอัตราส่วนของปฏิกิริยาวาริแคปต่อความต้านทานการสูญเสีย

เซมิคอนดักเตอร์ซีเนอร์ไดโอดไดโอดซีเนอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมซึ่งจะถูกรักษาไว้ด้วยความแม่นยำที่แน่นอนเมื่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลงในช่วงที่กำหนด ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ลักษณะแรงดันกระแสของซีเนอร์ไดโอดแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.4,a และสัญลักษณ์อยู่ในรูปที่ 2.4 ข.

หากทั้งสองด้านของเวเฟอร์ซิลิคอนสร้าง EHP คุณจะได้ซีเนอร์ไดโอดที่มีคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้ากระแสแบบสมมาตร - ไดโอดซีเนอร์แบบสมมาตร (รูปที่ 2.4, c)

ส่วนการทำงานของซีเนอร์ไดโอดคือส่วนของไฟฟ้าเสีย เมื่อกระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดเปลี่ยนจากค่าหนึ่งไปอีกค่าหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าที่ตกกระทบแตกต่างจากค่าเล็กน้อย การใช้ซีเนอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้

หลักการทำงานของตัวปรับแรงดันไฟฟ้าบนไดโอดซีเนอร์ซิลิคอน (รูปที่ 2.4, d) คือเมื่อแรงดันไฟฟ้า U VX เปลี่ยนแปลง กระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดจะเปลี่ยนไป และแรงดันไฟฟ้าบนซีเนอร์ไดโอดและโหลด R ที่เชื่อมต่อ ขนานไปกับมันในทางปฏิบัติไม่เปลี่ยนแปลง

พารามิเตอร์หลักของไดโอดซีเนอร์ซิลิคอนคือ:

แรงดันไฟฟ้าเสถียรภาพ U st;

กระแสเสถียรภาพขั้นต่ำและสูงสุด

การกระจายพลังงานสูงสุดที่อนุญาต

ความต้านทานส่วนต่างในส่วนความเสถียร ;

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้าในส่วนความเสถียร

ในไดโอดซีเนอร์สมัยใหม่ แรงดันไฟฟ้ารักษาเสถียรภาพอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 1,000 V โดยมีกระแสรักษาเสถียรภาพตั้งแต่ 1 mA ถึง 2 A เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่า 1 V สาขาโดยตรงของคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้ากระแสของซิลิคอนไดโอดเรียกว่าสเตบิสเตอร์ ถูกนำมาใช้ สำหรับซีเนอร์ไดโอด B เมื่อเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอด (หรือสเตบิสเตอร์) แบบอนุกรม คุณจะได้แรงดันไฟเสถียรที่ต้องการ

ความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลในส่วนความเสถียรจะคงที่โดยประมาณ และสำหรับซีเนอร์ไดโอดส่วนใหญ่จะอยู่ที่ 0.5...200 โอห์ม ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้าอาจเป็นค่าบวก (สำหรับซีเนอร์ไดโอดที่มี ) และค่าลบ (สำหรับซีเนอร์ไดโอดที่มี U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (BT) หรือเพียงแค่ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มี EDP โต้ตอบสองตัวและเทอร์มินัลสามตัวขึ้นไป คุณสมบัติการขยายจะถูกกำหนดโดยปรากฏการณ์ของการฉีดและการสกัดตัวพาประจุส่วนน้อย

จุดเชื่อมต่อรูอิเล็กตรอนเกิดขึ้นระหว่างสามบริเวณของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ตามลำดับการสลับของภูมิภาค p- และ n BT จะถูกแบ่งออกเป็นทรานซิสเตอร์ประเภท p-p-p และทรานซิสเตอร์ประเภท p-p-p (รูปที่ 2.5)

บริเวณตรงกลางของทรานซิสเตอร์เรียกว่าฐาน บริเวณสุดขั้วหนึ่งคือตัวปล่อย (E) และอีกส่วนหนึ่งคือตัวสะสม (K) โดยปกติแล้วความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในตัวปล่อยจะมากกว่าในตัวสะสม ใน BT ชนิด p-p-p ฐานมีค่าการนำไฟฟ้าชนิด p และตัวปล่อยและตัวสะสมเป็นแบบ n

EDP ​​ที่เกิดขึ้นระหว่างตัวปล่อยและฐานเรียกว่าตัวปล่อยและระหว่างฐานกับตัวสะสม - ตัวสะสม

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อตัวส่งและตัวสะสม EDP เข้ากับแหล่งพลังงาน ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถทำงานได้ในหนึ่งในสี่โหมด: การตัดออก, ความอิ่มตัว, แอคทีฟและผกผัน

EAF ตัวส่งและตัวสะสมในโหมดตัด (รูปที่ 2.6, a) จะถูกเลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้ามและในโหมดความอิ่มตัว (รูปที่ 2.6, 6) - ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสสะสมในโหมดเหล่านี้แทบไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันและกระแสของตัวปล่อย

โหมดคัตออฟและความอิ่มตัวจะใช้เมื่อใช้งาน BT ในอุปกรณ์พัลซิ่งและคีย์

เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดแอคทีฟ ทางแยกของตัวส่งสัญญาณจะเลื่อนไปในทิศทางไปข้างหน้า และทางแยกของตัวสะสมไปในทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 2.6, c)

ภายใต้อิทธิพลของแรงดันตรง 11e กระแสจะไหลในวงจรอิมิตเตอร์ ทำให้เกิดกระแสสะสมและกระแสฐาน ดังนั้น

กระแสคอลเลกเตอร์ประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ควบคุม, สัดส่วนกับกระแสของตัวปล่อย และไม่ถูกควบคุม ซึ่งสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนตัวของพาหะส่วนน้อยผ่านจุดเชื่อมต่อตัวสะสมเอนเอียงแบบย้อนกลับ ปัจจัยสัดส่วนเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนคงที่ของกระแสตัวปล่อย สำหรับ BT ที่ทันสมัยที่สุด และอีกมากมาย

กระแสเบสประกอบด้วยองค์ประกอบรีคอมบิเนชั่น ซึ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอนเข้าสู่เบสเพื่อชดเชยประจุบวกของรูที่รวมตัวกันใหม่ในเบส และส่วนประกอบที่ไม่สามารถควบคุมได้ของกระแสคอลเลกเตอร์ ดังนั้น

เมื่อใช้ BT เป็นองค์ประกอบขยาย ขั้วต่ออันใดอันหนึ่งจะต้องใช้ร่วมกับวงจรอินพุตและเอาต์พุต ในแผนภาพที่แสดงในรูปที่. 2.6, c, อิเล็กโทรดร่วมคือฐาน วงจรเชื่อมต่อ BT ดังกล่าวเรียกว่าวงจรฐานร่วม (CB) และมักจะแสดงดังแสดงในรูปที่ 1 2.7 ก. นอกจากวงจร OB แล้ว ในทางปฏิบัติยังใช้วงจรที่มีตัวปล่อยร่วม (CE) และตัวสะสมร่วม (CC) อีกด้วย

ในวงจร OE (รูปที่ 2.7, b) ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสเอาต์พุตและกระแสอินพุตถูกกำหนดโดยสมการ

ค่าสัมประสิทธิ์นี้เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสฐานคงที่ มันเกี่ยวข้องกับอัตราส่วน

ที่ โดยค่าจะอยู่ในช่วง 19...99

ส่วนประกอบนี้แสดงถึงกระแสสะสมแบบย้อนกลับ (ไม่มีการควบคุม) ในวงจร OE กระแสนี้เชื่อมต่อกับกระแสย้อนกลับในวงจร

เกี่ยวกับอัตราส่วน

จากความสัมพันธ์ (2.4) เป็นไปตามที่กระแสไฟฟ้าสะสมย้อนกลับในวงจร OE มากกว่าในวงจร OB อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในวงจร OE มีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแส (และการเปลี่ยนแปลงในลักษณะคงที่และพารามิเตอร์) มากกว่าในวงจร OB นี่เป็นข้อเสียประการหนึ่งของการรวม BT ภายใต้โครงการ OE

เมื่อคุณเปิด BT ตามรูปแบบ OK (รูปที่ 2.7, c) การเชื่อมต่อระหว่างกระแสเอาต์พุตและกระแสอินพุตถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

จากการเปรียบเทียบนิพจน์ (2.2) และ (2.5) จะตามมาว่าการพึ่งพาระหว่างกระแสอินพุตและเอาต์พุตของ BT ในวงจร OE และ OK นั้นใกล้เคียงกันโดยประมาณ ทำให้สามารถใช้คุณลักษณะและพารามิเตอร์เดียวกันในการคำนวณวงจร OE และ OK ได้

โหมดผกผันแตกต่างจากโหมดแอคทีฟในขั้วตรงข้ามของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวปล่อยและตัวสะสมของ EAF

ลักษณะคงที่ลักษณะคงที่แสดงความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า

อิเล็กโทรดของทรานซิสเตอร์และขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อ

ในรูป ในรูปที่ 2.8 a แสดงตระกูลคุณลักษณะอินพุตของ BT ประเภท n - p - n ซึ่งเชื่อมต่อตามวงจร OE ซึ่งแสดงการพึ่งพาที่ เมื่อลักษณะอินพุตเป็น

สาขาตรงของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของตัวปล่อย EHP เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมเป็นค่าบวก คุณลักษณะอินพุตจะเลื่อนไปทางขวา

ลักษณะเอาต์พุต (รูปที่ 2.8, b) สะท้อนถึงการพึ่งพาที่ . ส่วนที่ชันของลักษณะสอดคล้องกับโหมดความอิ่มตัว และส่วนที่แบนสอดคล้องกับโหมดที่ใช้งานอยู่ ความสัมพันธ์ระหว่างตัวสะสมและกระแสฐานในส่วนเรียบถูกกำหนดโดยนิพจน์ (2.2)

พารามิเตอร์สัญญาณขนาดเล็กของโหมดคงที่เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดขยายสัญญาณ คุณสมบัติของมันจะถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์สัญญาณขนาดเล็ก ซึ่งทรานซิสเตอร์ถือเป็นองค์ประกอบเชิงเส้นได้ ในทางปฏิบัติ มีการใช้ไฮบริดสัญญาณขนาดเล็กหรือพารามิเตอร์ h มากที่สุด กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่แอมพลิจูดน้อยของส่วนประกอบตัวแปรในระบบของพารามิเตอร์ h มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

- ความต้านทานอินพุต;

- ค่าสัมประสิทธิ์การป้อนกลับแรงดันไฟฟ้า

- ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสตรง

- การนำไฟฟ้าเอาต์พุต

พารามิเตอร์และวัดในโหมดลัดวงจรของวงจรเอาต์พุต และพารามิเตอร์วัดในโหมดว่างของวงจรอินพุต โหมดเหล่านี้ใช้งานง่าย ค่าของพารามิเตอร์ h ขึ้นอยู่กับวิธีการเปิดทรานซิสเตอร์และที่ความถี่ต่ำสามารถกำหนดได้จากลักษณะคงที่ ในกรณีนี้แอมพลิจูดของกระแสและแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจะถูกแทนที่ด้วยการเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นเมื่อทรานซิสเตอร์เปิดตามวงจรที่มี OE สูตรสำหรับพารามิเตอร์ และ พิจารณาจากคุณลักษณะอินพุตที่จุด A (รูปที่ 2.8, a) จะถูกเขียนในรูปแบบ:

พารามิเตอร์และถูกกำหนดโดยคุณสมบัติเอาต์พุต (รูปที่ 2.8, b) โดยใช้สูตร:

-พารามิเตอร์จะถูกกำหนดในทำนองเดียวกันเมื่อเปิดทรานซิสเตอร์ตามวงจรที่มี OB

พารามิเตอร์สัญญาณขนาดเล็กจึงเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนของกระแสตัวปล่อยและกระแสฐาน พวกเขาแสดงลักษณะคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ในแง่ของกระแสสำหรับสัญญาณสลับและค่าของมันขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์และความถี่ของสัญญาณที่ขยาย ดังนั้นด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น โมดูลัสของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสพื้นฐานจึงลดลง

ความถี่ที่ความถี่ลดลงตามค่าของมันที่ความถี่ต่ำเรียกว่าความถี่จำกัดของการส่งกระแสไฟฟ้าพื้นฐานและถูกกำหนดไว้ ความถี่ที่ลดลงเหลือ 1 เรียกว่าความถี่ตัด BT และถูกกำหนดไว้ ขึ้นอยู่กับค่าของความถี่คัตออฟ ทรานซิสเตอร์จะถูกแบ่งออกเป็นความถี่ต่ำ ความถี่กลาง ความถี่สูง และความถี่สูงพิเศษ

ไทริสเตอร์

ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีสถานะเสถียรสองสถานะ ซึ่งมีการเปลี่ยนสามครั้งขึ้นไป และสามารถเปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดและในทางกลับกัน

ไทริสเตอร์ที่มีสองขั้วเรียกว่าไดโอดหรือไดนิสเตอร์ และไทริสเตอร์ที่มีสามขั้วเรียกว่าไตรโอดหรือไทรนิสเตอร์

ไดนิสเตอร์โครงสร้างไดนิสเตอร์ประกอบด้วยบริเวณเซมิคอนดักเตอร์สี่ส่วนซึ่งมีการนำไฟฟ้าสลับประเภทกัน ซึ่งระหว่างนั้นจะมีสาม EDP เกิดขึ้น EDP ​​ที่รุนแรงคือตัวปล่อยและตัวกลางคือตัวสะสม บริเวณนี้เรียกว่าตัวปล่อยหรือขั้วบวก บริเวณนี้เรียกว่าแคโทด

การเชื่อมต่อขั้วบวกของไดนิสเตอร์กับขั้วบวกของแหล่งภายนอกและขั้วแคโทดกับขั้วลบนั้นสอดคล้องกับการเชื่อมต่อโดยตรงของไดนิสเตอร์ เมื่อขั้วของแรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายกลับด้าน การสลับขั้วจะเกิดขึ้น

เมื่อเชื่อมต่อโดยตรง dinistor สามารถแสดงเป็นการรวมกันของทรานซิสเตอร์สองตัว p - n - p และ n - p - n (รูปที่ 2.9, a) โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสของตัวปล่อย และ .

กระแสที่ไหลผ่านไดนิสเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบการฉีดรูของทรานซิสเตอร์ ส่วนประกอบการฉีดอิเล็กทรอนิกส์ของทรานซิสเตอร์ และกระแสย้อนกลับของทางแยกสะสม เช่น

ขณะนี้ Dinistor ปิดให้บริการแล้ว ที่ กระบวนการพัฒนาในไดนิสเตอร์ ส่งผลให้ส่วนประกอบกระแสฉีดเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม และเปลี่ยนจุดเชื่อมต่อคอลเลคเตอร์ไปในทิศทางไปข้างหน้า ในกรณีนี้ความต้านทานของไดนิสเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็วและแรงดันตกคร่อมจะไม่เกิน 1-2 V แรงดันแหล่งจ่ายที่เหลือจะลดลงทั่วตัวต้านทานจำกัด (รูปที่ 2.9, b)

เมื่อเปิดไดนิสเตอร์อีกครั้ง กระแสย้อนกลับขนาดเล็กจะไหลผ่าน

เอสซีอาร์ไทริสเตอร์แตกต่างจากไดนิสเตอร์เมื่อมีเอาต์พุตควบคุมเพิ่มเติมจากพื้นที่ฐาน (รูปที่ 2.10, a) การสรุปสามารถทำได้จากฐานใดก็ได้ แหล่งที่มาที่เชื่อมต่อกับพินนี้สร้างขึ้น

ควบคุมกระแสซึ่งรวมกันเป็นกระแสหลัก เป็นผลให้ไทริสเตอร์เปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดที่ค่าต่ำกว่า U a (รูปที่ 2.10, b)

ในโครงสร้างห้าชั้น โดยการดำเนินการบริเวณที่รุนแรงอย่างเหมาะสม สามารถรับคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสแบบสมมาตรได้ (รูปที่ 2.10, c) ไทริสเตอร์ดังกล่าวเรียกว่าสมมาตร อาจเป็นไดโอด (diac) หรือ triode (triac)

ไทริสเตอร์ถูกปิดโดยการลด (หรือขัดขวาง) กระแสแอโนดหรือการเปลี่ยนขั้วของแรงดันแอโนด

ไทริสเตอร์ที่ถือว่าเรียกว่าไม่สามารถล็อคได้ นอกจากนี้ยังมีไทริสเตอร์ปิดซึ่งสามารถเปลี่ยนจากเปิดเป็นปิดได้โดยการเปลี่ยนกระแสอิเล็กโทรดควบคุม พวกเขาแตกต่างจากการออกแบบที่ไม่สามารถล็อคได้

พารามิเตอร์ไทริสเตอร์พารามิเตอร์หลักของไทริสเตอร์คือ:

แรงดันไฟฟ้าเปิด;

การปลดล็อคกระแสควบคุม

กระแสไฟปิด;

ความเค้นตกค้าง U np ;

เวลาเปลี่ยน t เปิด;

เวลาปิดเครื่อง;

เวลาหน่วงเวลา t 3 ;

อัตราสูงสุดของการเพิ่มขึ้นของแรงดันไปข้างหน้า (du/dt) สูงสุด และกระแสไปข้างหน้า (di/dl) สูงสุด

ไทริสเตอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรเรียงกระแสแบบควบคุม, ตัวแปลง DC-AC (อินเวอร์เตอร์), ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า,

เช่น สวิตช์แบบไร้สัมผัส ในไดรฟ์ไฟฟ้า อุปกรณ์อัตโนมัติ เทเลเมคานิกส์ เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

สัญลักษณ์ของไทริสเตอร์จะแสดงในรูป 2.11.

ทรานซิสเตอร์ภาคสนาม

ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก (FET) เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติการขยายถูกกำหนดโดยการไหลของประจุพาหะหลักของสัญญาณเดียวกันที่ไหลผ่านช่องทางนำไฟฟ้าและถูกควบคุมโดยสนามไฟฟ้า

อิเล็กโทรดควบคุมที่แยกออกจากช่องเรียกว่าเกท ขึ้นอยู่กับวิธีการฉนวนประตู ทรานซิสเตอร์สนามผลแบ่งออกเป็นสามประเภท:

1) ด้วยทางแยก p-n ควบคุมหรือด้วยประตู p-t

2) ด้วยประตูเซมิคอนดักเตอร์โลหะหรือประตู Schottky

3) พร้อมชัตเตอร์หุ้มฉนวน

ทรานซิสเตอร์สนามผลด้วย p- n - ชัตเตอร์ในทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่มีเกท p-n (รูปที่ 2.12) ช่องสัญญาณชนิด n จะถูกแยกออกจากสารตั้งต้นและเกท p-n

การเคลื่อนไหวซึ่งเกิดจากการปฏิบัติตามเงื่อนไขส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในช่อง เมื่อความหนาของช่องมากที่สุด ความต้านทานจะน้อยที่สุด หากใช้แรงดันไฟฟ้าลบกับเกตที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิด จุดเชื่อมต่อ p-n จะขยาย ความหนาของช่องจะลดลง และความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น หากแหล่งจ่ายแรงดันเชื่อมต่อระหว่างแหล่งจ่ายกับเดรน กระแส Ic ที่ไหลผ่านช่องนั้นสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนความต้านทานของช่องโดยใช้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเกต การทำงานของ PT ที่มีเกต p-n จะขึ้นอยู่กับหลักการนี้

ลักษณะคงที่หลักของ PT ที่มีเกต p-n คือลักษณะการถ่ายโอน (ประตูเดรน) และเอาท์พุต (เดรน) (รูปที่ 2.13)

แรงดันไฟฟ้าเกตที่ช่องถูกปิดกั้นอย่างสมบูรณ์และกระแสเดรนลดลงเหลือหนึ่งในสิบของไมโครแอมป์ เรียกว่าแรงดันคัตออฟ และถูกกำหนดไว้

กระแสเดรนที่ U 3I = 0 เรียกว่ากระแสเดรนเริ่มต้น

ลักษณะเอาต์พุตประกอบด้วยบริเวณชันหรือโอห์มมิกและแบน พื้นที่ราบเรียกอีกอย่างว่าพื้นที่อิ่มตัวหรือพื้นที่ทับซ้อนของช่องสัญญาณ

กระแสเดรนที่ไหลผ่านช่องจะสร้างแรงดันตกคร่อมความต้านทานแบบกระจาย ซึ่งจะเพิ่มแรงดันย้อนกลับของช่องประตูและสารตั้งต้นของช่อง ซึ่งทำให้ความหนาของช่องลดลง แรงดันย้อนกลับถึงค่าสูงสุดที่ขอบเขตของท่อระบายน้ำและในบริเวณนี้ช่องแคบจะสูงสุด (รูปที่ 2.12) ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน จุดเชื่อมต่อ p-n ทั้งสองจะปิดในบริเวณท่อระบายน้ำและช่องจะทับซ้อนกัน แรงดันเดรนนี้เรียกว่าแรงดันวาบไฟเกินหรือแรงดันอิ่มตัว () เมื่อแรงดันย้อนกลับถูกนำไปใช้กับประตู ช่องแคบเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นและการปิดกั้นจะเกิดขึ้นที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า

ทรานซิสเตอร์สนามผลพร้อมเกทชอตกีใน ปตทเมื่อใช้เกท Schottky ความต้านทานของช่องจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงความหนาของจุดต่อเรียงกระแสที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้การกระทำของแรงดันเกต เมื่อเปรียบเทียบกับหัวต่อ p-n หัวต่อโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์แบบเรียงกระแสจะช่วยลดความยาวช่องสัญญาณได้อย่างมาก: เหลือ 0.5...1 µm ในขณะเดียวกัน ขนาดของโครงสร้างทั้งหมดของ FET จะลดลงอย่างมาก ซึ่งส่งผลให้ FET ที่มีสิ่งกีดขวาง Schottky สามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่า - สูงถึง 50...80 GHz

ทรานซิสเตอร์สนามผลพร้อมเกทหุ้มฉนวนทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีโครงสร้างเป็นโลหะ-ไดอิเล็กทริก-เซมิคอนดักเตอร์ และเรียกสั้นๆ ว่าทรานซิสเตอร์ MOS หากใช้ซิลิคอนออกไซด์เป็นอิเล็กทริกก็จะเรียกว่าทรานซิสเตอร์ MOS

ทรานซิสเตอร์ MOS มีสองประเภท: แบบเหนี่ยวนำและแบบมีช่องสัญญาณในตัว

ในทรานซิสเตอร์ MOS ที่มีช่องสัญญาณชนิด p เหนี่ยวนำ (รูปที่ 2.14) ท่อระบายน้ำชนิด p และบริเวณแหล่งกำเนิดจะสร้างบริเวณทวนกระแสสองบริเวณโดยมีบริเวณ n ของสารตั้งต้น

EAF เปิดอยู่ และเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าใดๆ จะไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร หากใช้แรงดันไฟฟ้าลบกับเกตที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดและสารตั้งต้น จากนั้นด้วยค่าที่เพียงพอของแรงดันไฟฟ้านี้ในชั้นใกล้พื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์ที่อยู่ใต้เกต การผกผันของประเภทของการนำไฟฟ้าจะเกิดขึ้นและ p-region ของท่อระบายน้ำและแหล่งที่มาจะเชื่อมต่อกันด้วยช่อง p-type แรงดันเกตนี้เรียกว่าแรงดันธรณีประตูและถูกกำหนดไว้ เมื่อแรงดันเกตเชิงลบเพิ่มขึ้น ความลึกของการเจาะทะลุของชั้นผกผันเข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับความหนาของช่องที่เพิ่มขึ้นและความต้านทานลดลง

คุณลักษณะการถ่ายโอนและเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ MOS พร้อมช่องสัญญาณชนิด p เหนี่ยวนำจะแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.15. แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานของช่องจะลดแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกต

และความหนาของช่องและช่อง ช่องแคบที่สุดจะอยู่ที่ท่อระบายน้ำซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด .

ในทรานซิสเตอร์ MOS ที่มีช่องทางในตัวระหว่างท่อระบายน้ำและบริเวณแหล่งกำเนิด ชั้น (ช่อง) ใกล้พื้นผิวบางๆ ที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภทเดียวกันกับท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดจะถูกสร้างขึ้นแล้วในขั้นตอนการผลิต ดังนั้นในทรานซิสเตอร์ดังกล่าว กระแสระบายที่เรียกว่ากระแสเริ่มต้นจะไหลที่

ลักษณะเอาต์พุตแบบคงที่และการถ่ายโอนของทรานซิสเตอร์ MOS พร้อมช่องสัญญาณชนิด p ในตัวจะแสดงในรูปที่ 1 2.16.

พารามิเตอร์เชิงอนุพันธ์ของ PTนอกเหนือจากพารามิเตอร์ที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว คุณสมบัติของ PT ยังมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ดิฟเฟอเรนเชียล: ความชันของคุณลักษณะการถ่ายโอน หรือความชันของ PT; ความต้านทานส่วนต่างและอัตราขยายแบบคงที่

ความชันของ PT ที่แสดงลักษณะเฉพาะของคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ และสำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำมักจะมีค่าหลาย mA/V

ความต้านทานส่วนต่างที่ คือความต้านทานของช่อง DC ต่อกระแสสลับ

ความชันของ PT สามารถกำหนดได้จากลักษณะเอาต์พุตคงที่หรือการถ่ายโอน (รูปที่ 2.16) โดยขึ้นอยู่กับการแสดงออก

และความต้านทานส่วนต่าง - ตามลักษณะเอาต์พุตตามนิพจน์

กำไรคงที่ ที่ มักจะคำนวณโดยใช้สูตร

สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามจะแสดงในรูปที่ 1 2.17.

ทรานซิสเตอร์สนามผลใช้ในแอมพลิฟายเออร์ที่มีความต้านทานอินพุต สวิตช์ และลอจิกสูง รวมถึงในตัวลดทอนแบบควบคุม ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ความต้านทานเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าควบคุม

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง.