Тема 5.3 різновиди напівпровідникових приладів

План лекції

5.3.1 Тиристори

5.3.2 Випромінювальні діоди

5.3.3 Напівпровідникові лазери

5.3.4 Фотоелектричні прилади

5.3.5 Терморезистори

5.3.1 ТИРИСТОРИ

Тиристор – це електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з двома стійкими станами, який складається з трьох або більше n-p-переходів і може перемикатися із закритого стану у відкритий і навпаки. Тиристори відносять до перемикаючих напівпровідникових приладів, головним застосуванням яких є безконтактна комутація електричних кіл.

Тиристори класифікують за кількістю:

– діодні тиристори (диністори), що мають тільки два виводи – анод та катод (рис. 5.22);

– тріодні тиристори (триністори), що мають три виводи (два основні і один клерувальний) – анод, катод і керований електрод (рис. 5.24);

– чотириелектродні (тетродні) тиристори, що мають чотири виводи (два вхідні і два вихідні).

Рис. 5.22 Будова та вмикання диністора

Рис. 5.23 Умовне позначення диністора

Рис. 5.24 Будова триністора

Рис. 5.25 Умовне позначення триністора

При прямому ввімкненні диністора джерело живлення зміщує n-p-переходи П₁ та П₃

в прямому напрямку, а П₂ – в зворотньому, диністор знаходиться в закритому стані і вся прикладена до нього напруга падає на переході П₂. Струм приладу визначається струмом витікання , значення якого знаходиться в межах від сотих частин мікроампера до декількох мікроампер (ділянка ОА на рис. 5.26).

Рис. 5.26 Вольт-амперна характеристика диністора

Коли напруга досягає напруги перемикання (вона близька до напруги пробою n-p-переходу П₂), струм диністора різко зростає, а напруга на переході П₂ падає. Прилад знаходиться у відкритому стані, робоча точка диністора на ділянці БВ. Щоб вимкнути диістор, потрібно щоб був менше стуму утримки .

Якщо до диністора прикладено зворотню напругу, то перехід П₂ відкритий, а переходи П₁ та П₃ закриті. В цьому стані струм приладу визначається зворотнім струмом витікання , якщо прикладена напруга не перевищує , що залежить від властивостей переходів П₁ та П₃ (ділянка ОГ).

З вольт-амперної характеристики диністора видно, що ділянка АБ має від'ємний нахил. При наближенні роботи диністора до ділянки АБ проходить перемикання його з одного стану в інший. Диністори відносять до некерованих комутуючих елементів.

Триністори відносять до керованих комутуючих елементів. Чотирьохшарова стуктура триністора має три виводи: два від крайніх областей (аноду А і катоду К, як в диністорі) і третій – керуючий вивід КЕР – від одної із середніх (базових) областей (рис. 5.24).

Рис. 5.27 Вольт-амперна характеристика триністора

Вольт-амперні характеристики для трьох значень керуючих струмів (рис. 5.27). При керуючому струмі пропадає ділянка з від’ємним нахилом, тобто проходить випрямлення вольт-амперної характеристики.

5.3.2 Виромінювальні діоди

Випромінювальні діоди (світлодіоди) – це напівпровідникові прилади з одним або декількома електричними переходами, які перетворюють електричну енергію в енергію електромагнітних коливань оптичного та інфрачервоного діапазону.

Фізичною основою роботи випромінювальних діодів є електролюмінісценція. Для створення світло діодів використовують фосфід галію, арсенід галію, нітрид галію, карбід кремнію, а також деяк сполуки галію, арсеніду фосфору. Уведення до цих напівпровідників різних домішок дає можливість отримати світіння різного кольору.

Рис. 5.28 Будова та схема вмикання світло діода

Структуру та схему вмикання світлодіоду показано на рис. 5.28. n-p-перехід світлодіоду зміщується джерелом напруги в прямому напрямку. У такому режимі електрони з n-області напівпровідника інжектують в p-область, де вони є неосновними носіями заряду, а дірки – в зустрічному напрямку. Далі відбувається рекомбінація зайвих неосновних носіїв заряду з електричними зарядами протилежного знаку. Зазвичай випромінювальною є область лише з одного боку n-p-переходу.

Різновидом світло діодів є кольоровий сигнальний індикатор з кольором світіння, що плавно змінюється. На основі світлодіодів створено різні аналогові шкали, знакові та сегментарні індикатори.