6 блок

1 .р-п переход. Вольтамперная характеристика. Диод.

p-n-переход

Контакт двух материалов- p-n-переход – стал основой конструкции многих полупроводниковых конструкций. В p-материале основными носителями являются положительные заряды(дырки), в n-материале – электроны. В p-материале есть отрицательные заряды, но в меньшей концентрации (неосновные носители), в n-материале неосновными носителями будут дырки. Транзисторы изготавливаются на базе германия и кремния.

Кт 315 –кремниевый транзистор (цифра означает марку).

Существуют два способа соединения p и n-проводников:

• сплавной,

• диффузионный.

Рис.27.1.

Потенциальный барьер (контактная разница потенциалов) (рис.27.1) для германия будет 0,3-0,5В, для кремния 0,6 – 0,8В.

Условное обозначение диода на рис.27.2

Рис.27.2.

Напряжение может быть подано на диод двумя способами (рис. 27.3).

а) б)

Рис.27.3.

В случае а) потенциальный барьер станет меньше и через диод будет протекать прямой ток (рис.27.4).

а) б)

Рис.27.4.

В случае б) барьер увеличится и через диод протекает обратный ток (рис.27.5).

а) б)

Рис.27.5.

Прямой и обратный ток и определяются суммами токов основных и неосновных носителей, ток основных носителей называется током диффузии, ток неосновных носителей – дрейфовым.

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n-перехода определяется выражением .

Экспериментальная ВАХ представлена на рис.27.6.

Рис.27.6.

Причинами увеличения обратного тока являются два фактора:

• образование лавины,

• возникновение «туннельного» эффекта.

Это все электрические пробои. Лавина есть результат ударной ионизации. Практически возникает в широких p-n-переходах. «Туннельный» эффект связан с непосредственным отрывом носителей от кристаллической решетки и проявляется в узких p-n-переходах.

Характеристики лавинного и туннельного диодов представлены на рис.27.7.

Лавинный диод Туннельный диод

Вольтамперные характеристики (ВАХ)

 Статическими называют характеристики, в которых каждая точка дает значения постоянного напряжения при соответствующем значении постоянного тока. Из них определяются статическое сопротивление и статическая проводимость нелинейного элемента:

и .

Динамическими называют характеристики, дающие связь между напряжением и током при достаточно быстрых изменениях тока. Они могут отличаться от статических характеристик, например, вследствие тепловой инерции и других причин. Из них определяются динамические сопротивление и проводимость нелинейного элемента:

и .

При достаточно медленном изменении напряжения и тока динамические характеристики совпадают со статическими. Определенные из статических характеристик сопротивления и проводимости в виде производных du/di или di/du называют дифференциальными. Обозначим их через r_d и g_d.

В АХ можно разделить на следующие виды:

1. Монотонная ВАХ (рис.15.1,а), для которой точки напряжения связаны однозначно.

2. Управляемая током ВАХ (рис.15.1,б), для которой при -∞≤i≤+∞ напряжения определяются однозначно, но при заданном u токи неоднозначны.

3. Управляемая напряжением ВАХ (рис.15.1,в), для которой при -∞≤u≤+∞ напряжения однозначно определяют токи, но при заданном токе напряжения неоднозначны.

4. Неуправляемая ВАХ (рис.15.1,г), для которой многозначны токи и напряжения.

Дио́д (от др.-греч. δις^[1] — два и -од^[2] означающего путь) — двухэлектродный электронный прибор, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключаемый к отрицательному полюсу — катодом

2. Биполярный транзистор.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором иэмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.

О бозначение биполярных транзисторов на схемах

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току I_вых/I_вх.

• Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вх

[Править]Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

• Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_э=α [α<1]

• Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_э.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

• Хорошие температурные и частотные свойства.

• Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

• Малое усиление по току, так как α < 1

• Малое входное сопротивление

• Два разных источника напряжения для питания.

[Править]Схема включения с общим эмиттером

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1]

• Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_б

Достоинства:

• Большой коэффициент усиления по току

• Большой коэффициент усиления по напряжению

• Наибольшее усиление мощности

• Можно обойтись одним источником питания

• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

• Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

[Править]Схема с общим коллектором

• Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх=I_э/I_б=I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-α) = β [β>>1]

• Входное сопротивление: R_вх=U_вх/I_вх=(U_бэ+U_кэ)/I_б

Достоинства:

• Большое входное сопротивление

• Малое выходное сопротивление

Недостатки:

• Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»