5.1.3 Призначення та класифікація електронних приладів
Електронними називають пристрої, в яких перетворення електричної енергії і сигналів реалізується за допомогою електронних активних елементів (електронних приладів).
Найпростішим видом перетворення є випрямлення змінного струму, більш складними – інвертування постійного струму в змінний, підсилення, генерування і перетворення сигналів різної форми.
Електрична схема пристою включає в себе крім активних елементів (електронних приладів) пасивні компоненти: резистори, конденсатори і котушки індуктивності. Резистори забезпечують режим роботи активних елементів. Конденсатори служать для зв’язку окремих кіл по змінному струму, забезпечуючи розділення їх по постійному струму. Котушки індуктивності використовують для створення коливальних контурів, дроселів, фільтрів.
До електронних приладів відносять діоди, транзистори, тиристори, фоторезистори, фотодіоди, фото транзистори і світлодіоди.
Напівпровідникові прилади розділяють на біполярні та уніполярні.
В біполярних напівпровідникових приладах в перенесенні електричного заряду приймають участь основні та неосновні носії заряду.
В уніполярних приладах перенесення електричних зарядів здійснюють основні носії.
По способу керування електричним струмом активні елементи ділять на дві групи: польові і струмові.
В польових приладах керування відбувається електричним полем. До них відносять уніполярні напівпровідникові прилади.
В струмових приладах керування відбувається електричним струмом. До струмових приладів відносять біполярні транзистори.
5.1.4 Напівпровідникові діоди
Напівпровідниковий діод – активний напівпровідниковий прилад, що має двохшарову структуру утворену в одному кристалі. Один шар має електропровідність n-типу, а другий p-типу. Ці шари розділені шаром з власною електропровідністю; в ньому зосереджений просторовий заряд, позитивно заряджених іонів донорної домішки з боку напівпровідника n-типу, і негативно заряджених іонів акцепторної домішки – з боку напівпровідника p-типу. Цей шар називають запірним, оскільки його електричне поле заважає руху основних носіїв напівпровідників і сприяє руху неосновних носіїв. В цілому ця структура називається електонно-дірковим переходом (n-p-переходом).
Основною властивістю електонно-діркового переходу є його одностороння провідність. Напрям, в якому послаблюється дія запірного шару (позитивний полюс джерела напруги приєднаний до p-області, а негативний до n-області), називається прямим або напрямом пропускання струму, а напрям, при якому підсилюється дія запірного шару (позитивний полюс джерела напруги приєднаний до n-області, а негативний до p-області), називається зворотнім або напрямом запирання.
При прямому зміщенні n-p-переходу його електрична провідність зростає і через переход проходить струм, що сильно залежить від прикладеної напруги.
При зворотньому зміщенні n-p-переходу його електрична провідність зменшується і через переход проходить незначний струм, який слабо залежить від прикладеної напруги (зворотній або тепловий струм).
Рис. 5.2 Будова напівпровідникового діоду
Рис. 5.3 Умовне позначення напівпровідникового діоду
Електонно-дірковий перехід, який має односторонню провідність називають випрямним контактом. Крім нього в діоді є ще два невипрямних контактів, за допомогою яких області напівпровідників (рис. 5.2) з’єднуються із зовнішніми виводами – омічних контактів. Прямий струм діоду направлений від аноду А (шар p-типу) до катоду К (шар n-типу) за “стрілкою” (рис. 5.3).
Рис. 5.4 ВАХ напівпровідникового діоду
Вольт-амперна характеристика діоду наведена на рис.5.3. Крива прямого струму розташована в І квадранті, зворотнього – в ІІІ квадранті. З графіку видно, що прямий струм досить сильно залежить від напруги. При збільшені напруги струм може перевищити максимальне значення Іmax і тоді відбудеться перегрівання n-p-переходу – прилад вийде з ладу. Для германієвих діодів напруга, при яких струм досягає 0,1 Іmax, знаходиться в межах 0,2 – 0,4 В, для кремнієвих – 0,5 – 0,8 В.
При напругах, більших за абсолютним значенням Uзв max, зворотній струм діоду різко зростає, може стати спів розмірним з прямим струмом і тоді відбувається локальне перегрівання, що призводить до руйнування діоду – електричний пробій.