Діоді и транзистори

РЕФЕРАТ

ДІОДІ ТА транзисторів

Зміст

1. Будова, принцип роботи, характеристика та! Застосування діодів

2. Будова, принцип роботи, характеристика та! Застосування транзісторів

3. Вікорістані джерела

1. Будова, принцип роботи, характеристика та! Застосування діодів

Щоб з'ясувати природу електричного Струму в напівпровідніку, та патенти, прігадаті будову Речовини. Самперед згадаємо, что представляет собою атом хімічного елемента. Согласно СУЧАСНИХ наукових уявлень, атом будь якої Речовини складається з позитивно зарядженості ядра, вокруг которого, на питань комерційної торгівлі орбітах, обертаються негативно заряджені Електрон. Модель такого атома зображено на рис. 1.

Мал. 1. Модель атома Речовини

З малюнка видно, что Електрон обертаються КОЖЕН на певній орбіті, причому ЦІ орбіті могут проходити у виде декількох шарів. Тепер згадаємо, Яким чином атоми в речовіні з'єднуються та утворюють молекулу.

Найпростішу модель молекули зображено на рис. 2. У Цій молекулі сполучені два однакові атоми, причому вокруг ядра шкірного атома обертаються "свої" Електрон, а два Електрон обертаються вокруг обох ядер водночас. Смороду є начебто спільнімі для обох атомів и об'єднують їх в молекулу.

Мал. 2. Модель молекули Речовини

Розглянемо тепер будову молекули крісталічної Речовини. На рис. 3 показано фрагмент крісталічної решітки одного з найпошіренішіх Напівпровідників - германію. На Зовнішній орбіті шкірного атома цього напівпровідніка обертаються по Чотири Електрон, котрі могут зв'язувати з іншімі атомами. ЦІ зв'язки показано на рис. 3 еліпсамі (на кожному з них находится по два Електрон).

Рис 3. Крісталічна решітка германію

Чи може протікаті електричний струм в такій речовіні? Віявляється, все Залежить від того, як стійко трімаються Електрон на орбіті. Если орбіті електронів у речовіні дуже стійкі и Електрон НЕ полішають їх за жодних умов (при підвіщенні температури, прікладенні до шматка матеріалу різниці потенціалів), то ця Речовини є типів ізолятором. Характерною ж властівістю Напівпровідників є ті, что Електрон, в ціх Матеріалах, могут залішаті свои орбіті внаслідок Дії світла, тепла, електричного поля ТОЩО. Схематично, уявімо Собі кристал напівпровідніка так, як це зображено на рис. 4. Пріпустімо, что один з електронів покинувши свою орбіту и полетів у міжатомній простір матеріалу. Якби до напівпровідніка прікласті різніцю потенціалів, то електрон полетів би у напрямку позитивного електрода (природа походження такого електричного Струму притаманна звичайна провідніку).

Мал. 4. Схематично зображення кристалу напівпровідніка

Сконцентруймо тепер свою Рамус на тому місці, звідки вілетів електрон. До ціх пір Позитивні заряди ядер атомів були скомпенсовані негативними зарядами електронів. Альо тепер одного електрона немає. Віник некомпенсованій позитивний заряд ядра атома, утворілась начебто «дірка» на місці того електрона, что вілетів, и ця дірка заряджена позитивно. А це означає, что "пусте" місце может зайнятості один Із сусідніх електронів, як це показано на рис. 5. Утворіться дірка в ІНШОМУ місці, ее, в свою черга, Заповнена Інший, Сусідній електрон и т.д.

Мал. 5. Рух електронів у напівпровідніку

Таким чином позитивно заряджена дірка начинает рухатісь в напівпровідніку, незважаючі на ті, что усі ядра атомів крісталічної решітки надійно перебувають на своих місцях. Если тепер до напівпровідніка прікласті напругу (рис.5), то Електрон, что Заповнюють дірку, рухатімуться справа наліво. Дірка Почни рухатіся зліва направо, тобто до негативного полюса джерела живлення.

Отже, електричний струм у напівпровідніку зумовленій НЕ лишь спрямованостей рухом електронів, но й спрямованостей рухом дірок. У цьом й Полягає Основна відмінність напівпровідніка від провідника.

Що ж состоится, коли дірку Заповнена НЕ Сусідній, а Інший Блукаючи електрон? У такому випадка дірка Заповнена, а електрон перестану існуваті у виде вільного носія заряду. Пройде так кличуть входити рекомбінація електрона и діркі.

Опис явіще провідності в напівпровідніках має місце лишь в чистих Матеріалах. Що ж змініться, коли в чистий напівпровіднік попал атом, Який має на орбіті НЕ Чотири Електрон, а п'ять? Ясна річ, Чотири Електрон Одразу ж займуть місце на спільніх з сусіднімі атомами орбітах. А п'ятий електрон виявило зайве, и ВІН вірушіть в міжатомній простір Речовини, оскількі его ніщо на трімає біля свого атома. Незважаючі на ті, что атом домішки буде, у цьом випадка, позитивно зарядженості, однак діркі тут немає (рис.6).

Мал. 6. Схема Утворення Електронної провідності в крісталі напівпровідніка

Таким чином, коли в чистий кристал кремнію чи германію ввести домішку, атом якої має на Зовнішній орбіті п'ять електронів, то такий напівпровідніковій материал буде здатно Проводити струм лишь за рахунок електронів. Напівпровіднік з електронною провідністю назівають п-провідником від латинську "negative", тобто негативний. Домішкою для Утворення в напівпровідніку n - області может буті, миш'як, сурма, фосфор ТОЩО. ЦІ домішки назівають донорами, оскількі смороду, віддають один електрон Із зовнішньої орбіті своих атомів.

Уявімо Собі іншу картину: в чистий напівпровіднік введено домішку атом якої, на Зовнішній орбіті, має три Електрон (рис.7). Оскількі в даного випадка, щоб заповнити усі зв'язки в крісталі, що не вістачає одного електрона, то порожнє місце может заповнити один Із сусідніх електронів. Такий провідник матіме діркову провідність (р- провідник, від лат. "Positive", тобто позитивний).

Мал. 7. Схема Утворення діркової провідності в крісталі напівпровідніка

Домішкою для Утворення в напівпровідніку p -області может буті алюміній, індій, бор та ін. Усі смороду є акцепторами, оскількі їх атоми забірають електрон у сусідніх атомів.

Розглянемо процеси, Які протікають у напівпровідніку, Який має обидвоє типи провідності р та n (рис.8). Майте на увазі, что це не два шматки різнотіпніх за провідністю Напівпровідників, а один, у якому є області з різною провідністю, у якіх чітко окреслено межа между р - та n-області.

Мал. 8. Утворення запірного шару На межі p - n - переходу напівпровідніка

Електрон та діркі могут вільно переходіті через межу поділу провідності. Оскількі в лівій части напівпровідніка є велика Кількість дірок, то смороду вірушать у праву, а Електрон - навпаки, у ліву. Потрапивши до лівої части з р -провідністю, Електрон почнут рекомбінуваті з діркамі.

Аналогічно діркі, потрапивши у праву часть напівпровідніка рекомбінують з Електрон, Які є там, а ядра атомів-донорів, втративши некомпенсованімі, набуваються позитивного заряду. Таким чином На межі р - и n- областей утворюються електричної заряди атомів домішок, Які почінають перешкоджаті подалі Проникнення електронів и дірок з однієї части напівпровідніка в іншу.

ЦІ заряди показано на рис. 8 великими кружечками.

Таким чином между р - и n - областями утворюється непровідна ділянка певної товщина. Прієднаємо тепер до лівої и правої части напівпровідніка джерело живлення, як це показано на рис. 9.

Мал. 9. вмиканням p- n переходу Рис. 10. вмиканням p -n переходу у зворотньому напрямку в прямому напрямку

Безперечно, описана картина цілковітого припиненням протікання Струму через напівпровіднік можлива лишь за умови Ідеальної чистоти як самого напівпровідніка, так и донорних та акцепторних домішок. Реально, в напівпровідніку всегда наявні інші домішки, хоч и в незначній кількості. Саме тому через р-п перехід усе - таки протікає незначна електричний струм. Графік зворотнього Струму напівпровіднікового діода зображено на рис. 9. Тут добре видно, что при збільшенні зворотної напруги до певної величини (точка а), суттєвого Збільшення сили Струму НЕ спостерігається. Поза цією точкою струм начинает різко зростаті, внаслідок чого может настати електричний пробій напівпровідніка.

Тепер прікладемо напругу до напівпровідніка таким чином, щоб р- область булу з'єднана з позитивним полюсом джерела живлення, а п-область - з негативним. Если напряжение джерела живлення є невелика (0,1-0,15В), то помітного Збільшення сили Струму в напівпровідніку НЕ спостерігатімемо. Справа в тому, что хоч електричне поле, створюване Джерела живлення на р-п переході, и протилежних наявний полю (маємо на увазі поле створене зарядом атомів домішок), но воно менше за величиною. Если ж надалі збільшуваті напругу джерела живлення, то електричне поле, створюване ним, перевіщіть на р-п переході зворотнього дію поля атомів донора и акцептора (точка "б" на рис.10), и в колі з'явитися електричний струм.

Таким чином, напівпровіднік з р-п переходом проводити струм практично лишь в одному напрямку.

2. Будова, принцип роботи, характеристика та! Застосування транзісторів

Транзистор - це напівпровідніковій прилад призначення для підсілення, генерування електричних сігналів, комутації електричних Кіл.

Щоб краще зрозуміті принцип роботи цього приладнати уявімо Собі напівпровіднік у которого є два pn переходи (рис. 11). Если відстань между цімі pn переходами є великою, тобто коли при подоланні цієї відстані Електрон и діркі встігають рекомбінуваті, то в такому випадка матімемо дело з зустрічнім з'єднанням двох напівпровідніковіх діодів.

Мал. 11. Напівпровіднік з двома р-п переходами

Для того щоб більшість дірок во время руху від одного переходу до Іншого НЕ встіглі рекомбінуваті, та патенти, відстань между межами переходів сделать якомога менше

Увімкнемо такий напівпровіднік, відстань между pn переходами которого є мінімальною, у схему, збережений на рис. 2. Як видно з схеми, перший (лівий) р-п перехід увімкнуто в прямому напрямку, а другий (правий) - у зворотньому. Почнемо тепер поступово збільшуваті напругу джерела живлення G1, задавши напругу джерела G2 як Деяк став величину. У початковий момент, коли напряжение джерела G1 є дуже малою (менше 0,1), струм через перший перехід НЕ протікатіме, оскількі електричне поле цього джерела менше електричного поля атомів донорів и акцепторів первого (лівого за схемою) р-п переходу. Струм через другий р-п перехід такоже НЕ протікатіме, оскількі цею перехід увімкнуто в зворотнього (непровідному) напрямку.

Мал. 12. Вмиканням кристала напівпровідніка з двома переходами в електричне коло

Коли напругу джерела G1 збільшуваті, то при велічіні напруги на р-п переході в 0,15-0,25В Почни протікаті електричний струм. Природа цього Струму, в основному, є дірковою, оскількі концентрація дірок у матеріалі Р ₁ напівпровідніка набагато вища концентрації електронів у середній n- області (рис. 12). З початком протікання Струму через р-п перехід напівпровідніка вінікає дуже цікаве явіще.

Ми Вже позначають, что область бази транзистора має малу товщина и носії Струму, Потрапивши сюди, попадають під Вплив відносно вісокої напруги колектора. Завдяк цьом смороду набірають великих швидкости, что дозволяє Їм долаті Опір ввімкненого у зворотньому напрямі колекторно переходу.

Отже, діркі прітягує електричне поле правої части напівпровідніка Р ₂ (Аджея ця частина прієднана до негативного виводу джерела живлення G2).

Подалі Збільшення напруги джерела G2 виробляти до зростання діркового Струму через перший, а, отже й через другий р-п переходи. Таким чином у колі джерела живлення G2 вінікає струм, величину которого можна регулюваті Джерелом G1. Область Р ₁ напівпровідніка назівають емітером (ця область емітує, тобто віпускає, віддає діркі), область n- напівпровідніка - базою, а область Р ₂ - колектором (ця область начебто збірає, колекціонує діркі). Якби на базі напівпровідніка Взагалі не проходила рекомбінація дірок, то струм у іншому, колекторно, переході БУВ бі Рівний струмові емітерного переходу. Альо ж оскількі частина дірок все таки рекомбінує, то можна вважаті, что колекторно струм пропорційній Струму емітера:

У Цій Формулі α - коефіцієнт пропорційності, Який вказує на ту Частка дірок, что пройшли через емітерній перехід и досяглі колектора. Чим більшій коефіцієнт α, тім Кращі Властивості цього напівпровідніка, Який и назівається транзистором. Напрям струмів через транзистор даного, типу (структура р-п-р) показано на рис.3. Оскількі струм емітера напівпровідніка розгалужується на два - струм бази І _б та струм колектора І _до, то, очевидно, что сума двох останніх винна дорівнюваті Струму емітера:

Мал. 13. Структурна схема напівпровіднікового транзистора

підставівші, з Першої формули, значення І _до, матімемо:

Звідсі:

або ж

Величина Струму емітера, а значить и Струму колектора, перебувають у безпосередній залежності від Величини Струму бази. Зазначімо, что величина коефіцієнту α всегда більша 0,9, а в Деяк транзисторах ця величина сягає 0,998. Це значить, что з Тисячі дірок, что пройшли в область бази через емітерній перехід, 998 попадає в область колектора, и лишь две встігають рекомбінуваті.

Таким чином, змінюючі величину базового Струму, можна змінюваті й величину Струму емітера, а головно й величину Струму колектора. При цьом чим более значення коефіцієнту α, тім ефектівніше це регулювання. Так, например, при велічіні коефіцієнту α рівному 0,95, щоб создать силу Струму емітера в 10 мА, величина Струму бази винна становитися 0,5 мА, тобто буті в 20 разів менше:

У цьом випадка колекторно струм Рівний 9,5 мА:

Если ж узяті транзистор у которого коефіцієнт α = 0,99, то для создания того ж самого Струму емітера, величина Струму бази становітіме Усього 0,1 мА. При цьом величина Струму колектора дорівнюватіме 9,9 мА. Іншімі словами, такий транзистор підсілює струм від 0,1 мА до 9,9 мА, тобто в 99 разів. Отже, підсілювальні Властивості транзистора Якраз полягають у тому, что при незначній зміні Величини Струму бази, значний растет величина Струму колектора.

Чи не Менш важлівім параметром транзистора, Який характерізує его електричної Властивості, є вхідній та вихідний Опір. Цей параметр має особливе значення для Узгодження каскадів підсілення.

В практике побудова каскадів Радіоелектронної апаратура, найбільш часто вікорістовуваною схеми ввімкнення транзистора є так кличуть входити схема з спільнім емітером (рис.4, а). Як видно Із схеми, емітер транзистора з'єднано з загальною шиною. Це означає, что вхідній сигнал, Який можна подати на цею каскад, поступає на базу транзистора, натомість вихідний - знімають з его колектора. Дана схема ввімкнення транзистора Забезпечує підсілення за Струм та напругою; вона характерізується відносно малімо вхіднім та великим віхіднім опором.

Если транзистор ввімкнено у схему з спільною базою (СБ), то вхідній сигнал подаються на емітер та Загальну шину; вихідний же - знімають между колектором та цією ж загальною шиною (рис.4, б). Дана схема ввімкнення транзистора Забезпечує підсілення лишь за напругою. Як и в попередня випадки, схема ввімкнення транзистора з спільною базою характерізується малімо вхіднім та великим віхіднім опором.

Если транзистор ввімкнено у схему Із спільнім колектором СК (рис.4, в), то вхідній сигнал на таку схему подаються между базою транзистора та загальною шиною, до якої через Опір НАВАНТАЖЕННЯ прієднано емітер транзистора; знімають вихідний сигнал между емітером та загальною шиною. Дана схема (ее назівають ще емітер ним Повторювач) Забезпечує Значний коефіцієнт підсілення лишь за Струм; характерізується вона великим вхіднім та малімо віхіднім опором.

Аналіз схем ввімкнення транзистора дозволяє сделать Висновок про ті, что Керуюча переходом транзистора є перехід база-емітер; керованих є коло у Пожалуйста ввімкнені емітер та колектор даного транзистора.

Вікорістані джерела:

1. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. -Львів: «Афіша», 2001, 424 с.

2. Харченко В.М. Основи електроніки. - М .: Енергоіздат, 1982.

3. Основи промислової електроніки. / Під. ред. В.Г. Герасимова. - М .: Вища школа, 1986.

4. Гершунский Б.С., Ранський Є.Г. Лабораторний практикум з основ електронної і напівпровідникової техніки. - М .: Вища школа, 1979

5. Єфімчук М.К., Шушкевич С.С. Основи радіоелектроніки: Підручник-Мінськ .: Університетське, 1986. -302 с.

6. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник / А.А.Зайцев, А.І.Міркін і ін. - М .: Радио и связь, 1989.-640 с.

7. Радіотехніка. Енциклопедичний навчальний довідник / За ред. Ю.Мазора та ін. - К. Вища школа, 1999. - 838 с.

8. Данько В.Г., Міліх В.І., Черкасов А.К., Болюх В.Ф. Електротехні-ка. -Кіїв: НМК ВО, 1990, 264 с.

9. Малінівській С.І. Загальна електротехніка. -Львів, 2001., 596 с.

10. Чабан В.Й. Загальна електротехніка. -Львів, 1998, 340 с.