3.2.5. Элементы полупроводниковой техники, тиристоров, микросхем и т.Д.

Полупроводниками называют обширную группу химических элементов и их соединений, у которых удельное сопротивление занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Применение современных полупроводниковых приборов позволило создать малогабаритную электронную аппаратуру, увеличить надежность и сроки ее работ, а так же значительно уменьшить расход потребляемой электроэнергии. Не маловажным является и то, что полупроводниковые приборы для своей работы не требуют источников высоких напряжений. Необходимо отметить, что наряду с существующими достоинствами полупроводниковыми приборами присуще и некоторые недостатки, и которые относятся – технологический разброс параметров, зависимость параметров от температуры, трудность получения больших мощностей.

Биполярные транзисторы. Транзисторами называют такие активные полупроводниковые приборы, применяемые для усиления и генерирования электрических колебаний. Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные). Биполярный транзистор представляет собой монокристалл кремний или германий, в котором созданы три области с передающими типами проводимости (р –n – n или n – р – n). Средняя область имеет проводимость противоположную крайним областям. Среднюю область называют базой, а крайние – эмиттером и коллектором. Между эмиттером и базой создается электронно-дырочный переход, называемый эмиттером. Переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом. Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков. Различие между ними заключается в том, что в транзисторе р – n – р ток создается дырками, а в транзисторе n – р – n электроном. Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании физических процессов, происходящих при переносе основных носителей электрических зарядов из эмиттерной области в коллекторную через базу. При использовании транзистора в режиме усилителя эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном. Вольт – амперная характеристика представляет собой графики зависимости токов, от напряжений, действующих в цепях транзистора. Различают входные и выходные характеристики транзисторов. Входные характеристики показывают зависимость входного тока от входного напряжения при неизменном напряжении на коллекторе. Выходные характеристики характеризуют зависимость выходного тока от напряжения на коллекторе при неизменной величине тока или напряжения. Биполярные транзисторы широко применяются в различных типах усилителей, генераторов, в логических и импульсных устройствах. В зависимости от назначения к биполярным транзисторам предъявляются различные технические требования.

Полевые транзисторы. Полевой транзистор отличается от биполярного тем, управление выходным током осуществляется входным напряжением. Ток стока создается только основными носителями полупроводника, из которого изготовлен транзистор. Этим можно объяснить его название – униполярный. Существуют две разновидности полевых транзисторов с управляющими р – n – переходом и транзисторы с изолированными каналами. В отличии от транзистора с управляющими р – n – переходом в транзисторе со встроенным каналом ток стока будет создаваться как при положительный, так и при отрицательной полярности на его затворе. Полевые транзисторы применяют в схемах усилителей, генераторов и переключают в схемах усилителей, генераторов и переключателей. Особенно широко используются они в малошумящих усилителях с высоким выходным сопротивлением. Транзисторы с изолированным затвором могут быть использованы в цифровых и логических схемах.

Полупроводниковые диоды. Выпрямительными, или силовыми, диодами называется электронные приборы, основными назначением которых является выпрямление переменного тока. К выпрямительным диодам относятся плоскостные двух электродные полупроводниковые приборы, выполненные на кремневой или германиевой основе. Работа выпрямительных диодов основана на использовании выпрямительных (вентильных) свойств электронно-дырочного перехода свойства выпрямительных диодов характеризуется вольт – амперными характеристиками и параметрами. Стабилитронами называются плоскостные кремневые диоды, у которых в обратной ветви их вольт – амперной характеристики имеется участок с большой крутизной, в пределах этого участка напряжение незначительно изменяет свою величину при изменении протекающего тока. Работа стабилитрона в пределах данного участка вольт – амперной характеристики, называемого рабочим участком позволяет использовать его не только в стабилизаторах напряжения, но также и в стабилизаторах напряжения, но также и в различных электронных схемах, как, например в схемах амплитудного ограничения и для создания опорных (эталонных) напряжений. Универсальными диадами называют кремневые или германиевые диоды с точечными или микросплавным электронно-дырочным переходом. Точечные и микросплавные диоды изготавливаются на кремниевой или германиевой основе с электронной проводимостью n – типа. Проводимость n – типа способствует процессу формовки. Кремний и германий выполняют функции базовой области этих диодов. Функции эмиттера выполняет область полупроводника с проводимостью р – типа, получаемая в результате формовки (вплавления) акцепторной примеси (индий или алюминия) в одну из поверхностей основного кристалла диода. Универсальные диоды могут работать в выпрямителях широкого диапазона частот, а также в детекторах и других нелинейных преобразований электрических сигналов.

Тиристоры. Полупроводниковые приборы с тремя и более р – n – переходами, которые могут переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот называются тиристорами. В закрытом состоянии сопротивление тиристоров десятки миллионов Омов, и он практически не пропускает ток при напряжении до десятков вольт. В открытом состоянии сопротивление тиристора незначительно. Падение напряжения на нем около 1 В при токах в десятки и сотни ампер. Переход тиристора из одного состояния в другое происходит за очень короткое время, практически скачком. Тиристоры выпускают двух видов – диодные тиристоры (динисторы) и триодные тиристоры (тринисторы). Динисторы имеют два внешних электрода анод и катод обладают неизменным напряжением включения. Тринисторы кроме анода и катода имеют третий электрод, называемый управляющим. Наличие управляющего электрода позволяет, не меняя анодного напряжения, изменить напряжение включения. Основное применение динисторов – схемы с ключевым режимом работы. Наличие на вольт – амперной характеристики подающего участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением расширяет практическое использование динисторов. В настоящее время промышленность выпускает в основном управление тиристоры, поскольку они позволяют управлять напряжением включения, что расширяется области их практического применения. По внешнему виду тиристоры напоминают транзисторы и диоды средней мощности.