Розділ 2

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА

2.1. Класифікація напівпровідниковихприладів

НП прилади поділяються на такі групи:

1)НПрезистори;

2) НП діоди;

З)біполярнітранзистори;

4) уніполярні (польові) транзистори;

5)тиристори.

2.2. Напівпровідникові резистори

НП резистори мають два вихідних електроди. Вони поділяються на лінійні та нелінійні.

У лінійних резисторів питомий електричний опір не залежить від при­кладеної напруги, їх умовне позначення наведене на рис. 2.1,a. Вони виготовляються на основі НП^- або п-типу і використовуються в інтег­ральних мікросхемах.

R R| R

а) б) в) г)

Рис. 2.1 - Умовні позначення лінійного резистора (а), варистора (б),

терморезисгора (в), фоторезистора (г)

Нелінійні резистори (варистори) - це такі НП резистори, у яких пи­томий опір залежить від прикладеної напруги, їх умовне позначення наведене на рис. 2.1,6. Варистор має нелінійну симетричну BAX, яку показано на рис. 2.2.

/, mA

ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА

О дин з основних параметрів варис-тора-коефіцієнт нелінійності X, який визначається відношенням його ста­тичного опору R_cm до динамічного опору

R U dU

X = ^^- = —: -const, (2.1)

R_d I dI

де U, 7-напруга на варисторі та струм через нього.

Зазвичай X = 2 н- 6.

Рис. 2.2 - BAX варистора

Варистори використовують як обме­жувачі перенапруг для захисту НП при­ладів.

Також існують НП резистори, опір яких різко залежить від темпера­тури навколишнього середовища. Це - терморезистори. їх умовне по­значення наведене на рис. 2.1,B.

Терморезистори поділяються на термістори, у яких із зростанням температури опір зменшується, та позистори, у яких із зростанням тем­ператури опір зростає.

Залежність опору терморезистора від температури визначається експоненційним законом:

R_m=ke*^IT, (2.2)

Де k, P - коефіцієнти, залежні від конструктивних розмірів та концент-раціїдомішок у НП відповідно; T - абсолютна температура.

Терморезистори (термістори, позистори) використовуються як дат­чики температури у системах регулювання температури, теплового захисту, протипожежної сигналізації, для термостабілізації режимів ро­боти електронних пристроїв.

Потужні позистори дозволяють забезпечувати захист електрооблад­нання від струмів перевантаження (замість теплових реле). .. * фоторезисторів величина опору залежить від ступеню освітлення. *x, в основному, застосовують у пристроях автоматики.

2.3. Напівпровідниковідіоди

Напівпровідникові діоди - це НП прилади, виготовлені на основі дво­шарових НП структур і які використовують властивості p-n переходу.

Широко розповсюджені випрямні діоди, дія яких базується на викорис­танні вентильних властивостей p-n переходу.

Структура та умовне позначення діода, а також BAX потужного ви­прямного діода наведені на рис. 2.3.

p

n

и_ПІ

Ц»,В

б)

' np>

Рис. 2.3 - Структура та умовне позначення (а) і BAX (б) випрямного діода Ці діоди призначені для випрямлення змінного струму низької частоти. Основними параметрами випрямних діодів є:

• граничний прямий струм діода 1 - максимально допустиме се­ реднє значення струму через діод у прямому напрямку за визначених умов охолодження, у сучасних дюдів./_я = (0,1 * 2200) А;

• максимально допустимий прямий струм діода (імпульсний) /_{л тш}, становить (10 ^- 50)/_n ;

• прямий спад напруги U , тобто напруга на діоді при граничному прямому струмі /_л , для діодів з кремнію становить (0,6 ^- 0,8) В;

• максимально допустима зворотня напруга U , що дорівнює максимально допустимому амплітудному значенню зворотньої напру­ ги, яке не призводить до виходу з ладу приладу за визначених умов охолодження, U_nmax = (50 - 3000) В.

ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА

Виготовляються випрямні діоди переважно із кремнію (у перспек­тиві - із арсеніду галію, як більш термостійкого).

Найпростіша схема ви- VD

п рямленнянапругизмінно ₀ ^

'U,

ff*

ro струму із застосуванням випрямного діода наведена иарис.2.4.

Рис. 2.4 - Найпростіша схема випрямлення напруги

VD

Н П діод, на якому напру­га в зоні електричного про­бою майже не залежить від струму, називається стабі­літроном. Як постає з ВАХ.наведеноїнарис. 2.5, в зоні пробою напруга на стабілітроні майже не за­лежить від струму через нього/ .

cm

Стабілітрони викорис­ товують для стабілізації напруги. Щоб запобігти тепловому пробою, їх кон­ струкція забезпечує ефек­ тивне відведення тепла. t 'cm, mA

Основними парамет- Рис. 2.5 - Умовне позначення та BAX рами стабілітрона є: стабілпрона

-напруга стабілізації U, що становить від 1 доІООО В;

-динамічний опір на ділянці стабілізації (характеризує зміну величи-ни напруги на приладі зі змінами струму крізь нього)

Що складає від одиниць до десятків Ом;

- мінімальний струм стабілізації / - мінімальний струм, при яко-**У прилад гарантовано знаходиться в режимі стабілізації - складає «ДИниціміліампер;

- максимальний струм стабілізації 7 .- максимально допусти-

^{1 J} cm мах *

мий струм через прилад, досягає (0,02 +• 1,5) А.

Найпростіша схема стабілізації наведена на рис. 2. 6.

Яобм

Uc

a

чэ -

- o-

Рис. 2.6 - Схема елементарного стабілізатора напруги

Іпр, мА

Тунельний діод - це НП прилад, у якого специфічний тунельний ефект призводить до появи на BAX при прямій напрузі ділянки негативної провідності - штрихо­ва лінія на рис. 2.7 (там же наве­дено умовне позначення приладу). Як робоча використовується пря­ма гілка BAX.

30-

О сновними параметрами ту­нельного діода є:

20-

• струм піку /_я, що складає (0,lH-100)MA;

• відношення струму піку 1_п до струму западини /:

10-

— = (5-20)

* з

Тунельні діоди ~ швидкодіючі

и_пр, в

Рис. 2.7 - Умовне позначення

та BAX тунельного діода НП прилади, що застосовуються в генераторах високочастотних коли­вань та швидкодіючих імпульсних перемикачах.

Для роботи в високочастотних та імпульсних пристроях призначені та­кож відповідно високочастотні та імпульсні діоди, що мають малу ємність - мінімальну тривалість перехідних процесів при вмиканні та вимиканні.

Фотодіоди - фотоелектричні прилади з внутрішнім фотоефектом, який полягає у тому, що під дією світлової енергії відбувається іонізація атомів основної речовини та домішки. Як наслідок - струм при

ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА

зворот­ньому вмиканні зростає.

Світлодіоди - перетворюють енергію електричного поля в нетеп-лове оптичне випромінювання. Припротіканні струму через діод з ар­сеніду галію рекомбінація носіїв заряду супроводжується не тільки ви­діленням тепла, як, наприклад, у кремнієвого діода, а ще й квантів світла.

У. НАПІВПРОВІДНИКОВІПРИЛАДИ ТА ІХСТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА

У варикапа при змінах величини зворотної напруги змінюється ємність, завдяки чому він може застосовуватися, наприклад, для авто­матичного налаштування контурів радіоприймача або телевізора на по­трібну станцію чи канал.

Умовні позначення фото-, світлодіода та варикапа наведені на рис. 2.8.

VD

VD

а ) б) в)

Рис. 2.8 - Умовні позначення фотодіода (а), світлодіода (б), варикапа (в)