МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ И ИНФОРАТИЗАЦИИ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ВИТЕБСКИЙ ФИЛИАЛ УЧРЕЖДЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по учебной дисциплине «Техническая электроника»

для обучающихся 1-го курса ЗФО

специальности 2 – 45 01 33 «Сети телекоммуникаций»

специализации 2 – 45 01 33 01 «Техническая эксплуатация сетей телекоммуникаций»

Витебск 2016

Составила преподаватель фк ТКС: _____ (Е.М. Белан)

Рассмотрено на заседании фк ТКС:

Протокол № _1___ от __30 августа_________ 2016 г.

Зав. фк ТКС ______________ (Л.А. Варнава)

Переутверждено на заседании фк ТКС:

Протокол № ____ от __ ______ 201 г.

Зав. фк ТКС ______________ (Л.А. Варнава)

Переутверждено на заседании фк ТКС:

Протокол № ____ от ___________________ 20 г.

Зав. фк ТКС ______________ (Л.А. Варнава)

ВВЕДЕНИЕ

Предмет «Техническая электроника» занимает особое место в системе подготовки специалистов отрасли связи. Знания, умения, навыки, полученные учащимися при изучении данного предмета, являются основой для усвоения большинства специальных предметов 4-го курса, так как электронные приборы, усилители, устройства импульсной техники являются важнейшими элементами аппаратуры, используемой для всех видов электросвязи, проводного, радио и телевизионного вещания.

Изучение разделов курса базируется на знаниях учащихся по курсам «Математика», «Физика», «Теория электрических цепей».

Целью курса является изучение физического строения и процессов, происходящих в пассивных и активных электронных приборах, приобретение навыков при исследовании технических устройств.

По окончания курса учащиеся должны знать:

-устройство и принцип действия электронных приборов,

-способы управления потоком заряженных частиц в приборах,

-вольтамперные характеристики приборов,

-основные параметры приборов и их анализ,

-особенности и маркировку электронных приборов.

Учащиеся должны уметь:

-измерять характеристики электронных приборов,

-работать со справочниками по электронным приборам,

-проверять годность электронных приборов.

Электронные приборы (ЭП) – устройства, действие которых связано с использованием электрических явлений в полупроводниках, вакууме или газах.

Электронные приборы по типу используемого материала классифицируются:

-полупроводниковые приборы (ПП),

-электровакуумные приборы (ЭВП),

-ионные (газонаполненные) приборы (ИП).

Краткая история развития электроники

Полупроводниковая и электронная техника вначале развивались почти параллельно друг другу. Однако затем электровакуумные приборы стали развиваться значительно быстрее, т.к. полупроводники требовали достаточно высокие технологии их изготовления, то их развитие стало отставать и только с 40-х годов началось их интенсивное развитие.

Некоторые даты развития электроники:

1872 – Изобретена лампа накаливания, автор А.Н. Лодыгин

1874 – Браун обнаружил выпрямительный эффект в контакте металл-полупроводник.

1883 – Эдисон открыл явление температурной эмиссии.

1888 – Ульянин обнаружил фотоэффект в полупроводниках,

1897 – Построена первая электронно-лучевая трубка,

1904 – Флеминг разработал электровакуумный прибор – диод,

1907 – Л. Форест изобрел первый триод,

1940 – Построена первая ЭВМ на лампах,

1947 – Создание первого точечного транзистора,

1952 – Изобретение первого полевого транзистора,

1956 – Изобретение диффузионного транзистора, Третьяк изобрел первый электронный ключ,

1960–Появление МДП- транзисторов, развитие микроэлектроники, выпуск ИМС малой степени интеграции,

1962 – разработка цифровой ИМС по технологии МДП,

1963 – создание транзисторов по технологии КМОП,

1966 – создание ИМС средней степени интеграции,

1968 – создание устройств памяти,

1969 – создание ИМС большой степени интеграции,

1971 – разработка микропроцессоров,

1972 – разработка сверхбольших интегральных схем.

Совершенствование электронных приборов ведется дальнейшим развитием интегральных схем, развитием различных направлений функциональной микроэлектроники, внедрением цифровой техники.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Электронными приборами называются приборы, принцип действия которых основан на явлении управления потоком заряженных частиц в полупроводнике (ПП), в вакууме или инертном газе.

В зависимости от среды, в которой происходит управление потоком заряженных частиц, различают следующие разновидности электронных приборов (ЭП):

1) полупроводниковые;

2) электровакуумные;

3) газоразрядные.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Сложно назвать область жизни, промышленности, где бы ни использовались ЭП. Это космические аппараты, медицина, транспорт, биология, связь.

Аппаратура радиовещания, телеграфная, телефонная связь, приемники и передатчики телевизионного изображения – все используют ЭП. Наиболее важным применением ЭП является их использование в электронных усилителях. Электронные усилители используют для усиления мощности электрических сигналов; что необходимо в радиосвязи, в телеграфной и телефонной связи, в телевизионном вещании.

В 20-ые годы ХХ века в нашей стране проводилась радиофикация и поэтому возникла необходимость создания усилителей высокой мощности. Создание многоканальной телефонной связи в стране вызвало необходимость появления усилителей с высокой помехоустойчивостью. Требования к качественным показателям усилителей все более ужесточаются. В настоящее время проектируются усилители с высокой выходной мощностью сигнала, с высокой помехозащищенностью широкой полосой пропускания.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Полупроводниками называются элементы, занимающие по удельному сопротивлению промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

При изготовлении ЭП используют кремний Si и германий Ge, которые являются элементами 4-ой группы периодической системы Менделеева.

СТРОЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Все тела состоят из атомов. Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны. Число электронов равно порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Электрон имеет отрицательный заряд:

Ядро атома содержит положительно заряженные протоны, заряд протона равен заряду электрона. Число протонов в ядре равно числу электронов, т.е. атом в целом – нейтральная частица.

Электроны, имеющие большую энергию, находятся дальше от ядра; они вращаются вокруг ядра по определенным орбитам.

Рисунок 1 – Строение атома и

Количество электронов, находящихся на определенной орбите можно определить по формуле:

, (1)

где n – главное квантовое число, соответствующее номеру электронной орбиты.

В соответствии с формулой (1) на первом энергетическом уровне может вращаться только 2 электрона: , на 2-ом - , на 3-ем- .

У атомов полупроводников на внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона, которые называются валентными. Внешний энергетический слой называется валентным слоем. Атомы полупроводников объединяются в кристаллическую решетку симметричного типа, т.е. образуются ковалентные или парно-электронные связи (рис. 2) и рассмотрим строение кристаллической решетки германия (рис. 3).

Рисунок 2 – Ковалентная связь в кристалле кремния

Рисунок 3 – Плоскостная схема кристаллической решетки германия

Каждый атом германия образует 4 ковалентные связи с четырьмя соседними атомами. Ковалентная связь образуется парой электронов, принадлежащих соседним атомам и вращающихся по орбитам, которые охватывают оба атома. Сила отталкивания между ядрами не дает им сближаться, а сила притяжения между каждым ядром и электроном мешает их удалению, т.е. такая связь очень прочна и требуется большая энергия для ее разрыва.

ПОНЯТИЕ ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЯХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗОНАХ

Электроны в одиночном атоме вращаются вокруг ядра по определенным орбитам, т.е. каждый электрон атома может обладать только определенным количеством энергии. Возможные значения энергии электрона называются энергетическими уровнями. Чем дальше орбита электрона находится от ядра, тем более высокий уровень энергии соответствует этой орбите. При взаимодействии атомов энергетические уровни смещаются, образуя энергетические зоны.

Энергетические уровни валентных электронов образуют валентную зону (ВЗ). Выше ВЗ расположена зона проводимости (ЗП) – это совокупность уровней свободных электронов, потерявших связь с атомом. Между ВЗ и ЗП находится запрещенная зона (ЗЗ)– зона, которая не может быть занята электронами данного вещества.

Переход электронов возможен из одной разрешенной зоны в другую при следующих условиях:

1. в другой зоне имеется хотя бы один свободный энергетический уровень;

2. у электрона достаточно энергии, чтобы преодолеть ЗЗ.

Рисунок 4 – Энергетическая диаграмма полупроводника

Если валентный электрон получил энергию для преодоления ЗЗ, то он переходит в ЗП и становится свободным носителем заряда. Если этой энергии недостаточно для преодоления ЗЗ, то электрон лишь переходит на более удаленную от ядра орбиту, а затем возвращается на свою орбиту, отдавая полученную энергию в виде электромагнитной волны.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛ ПО ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Все твердые тела делятся на 3 вида:

1. проводники (рис.5а);

2. полупроводники (рис. 5б);

3. диэлектрики (рис.5в).

Электрическая проводимость материалов зависит от наличия и ширины ЗЗ.

а) б) в)

Рисунок 5 – Энергетические диаграммы материалов

У металлов отсутствует ЗЗ, следовательно электроны даже при комнатной температуре могут свободно переходить в ЗП. Этим объясняется большая электропроводность металлов.

У полупроводников ширина ЗЗ: .

В частности у Ge ;

у Si .

Поэтому, учитывая энергию электрона при комнатной температуре - 0,025 эВ, электропроводность чистого полупроводника будет незначительна.

У диэлектрика ширина ЗЗ: , следовательно, в обычных условиях его электропроводность равна нулю.

СОБСТВЕННАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

В полупроводнике существует электропроводность двух видов:

1) электронная – это движение электронов в ЗП;

2) дырочная – это движение дырок в ВЗ.

Дырка – это свободный энергетический уровень в ВЗ, оставшийся на месте ушедшего электрона. Она имеет положительный заряд, равный по величине заряду электрона. Дырка может быть заполнена другим электроном – валентным, перешедшим от соседнего атома или свободным. В первом случае исчезает одна дырка, но появляется другая в валентной оболочке соседнего атома, в результате чего дырка будет перемещаться в направлении, обратном движению электронов.

Процесс образования пары электрон проводимости - дырка проводимости называется генерацией.

Процесс исчезновения пары электрон проводимости - дырка проводимости называется рекомбинацией (рис.6).

Рисунок 6 – Образование собственной электропроводности

Механизм дырочной проводимости отличается от электронной. При дырочной проводимости перемещаются электроны, но на ограниченные расстояния – от данных атомов к соседним.

Проводимость, обусловленная движением электронов в ЗП называется п- проводимостью, а движение дырок в ВЗ – р- проводимостью.

Если к полупроводнику приложить напряжение, то под воздействием созданного им электрического поля в полупроводнике свободные электроны будут перемещаться (дрейфовать) в сторону положительного электрода. В результате этого в цепи будет протекать обычный электронный ток (см. рисунок 7).

Одновременно с этим к положительной пластине будет перемещаться валентные электроны из ковалентной связи соседних атомов. На месте электрона возникает дырка. В образовавшуюся дырку с другой ковалентной связи атомов перейдет свободный электрон и т.д., дырка перемещается от одного края к другому, при этом образовывается ток, получивший название – дырочный.

Таким образом, в полупроводнике существует два типа токов, противоположных друг другу.

Движение носителей заряда под действием электрического поля называют дрейфом носителей, а ток проводимости – дрейфовым током.

(3)

Ток дрейфа имеет электронную и дырочную составляющие. Плотность зависит от концентрации носителей заряда, их подвижности и напряженности электрического поля.

Рисунок 7 – Протекание токов в ПП

ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

Работа полупроводниковых приборов основана на явлениях примесной электропроводности. Для повышения электропроводности полупроводника в миллионы раз к нему добавляют примеси, которые могут вести себя двояко: либо отдают электрон, либо захватывают из кристаллической решетки основного кристалла.

В зависимости от того, к какой группе валентности принадлежит атом вводимой примеси, различают донорные и акцепторные примеси.

ПОЛУЧЕНИЕ ПП N-ТИПА

Если к собственному ПП добавить атом примеси 5- ой группы валентности (фосфор, мышьяк), то 4 валентных электрона фосфора образуют 4 ковалентных связи с 4-мя соседними атомами кремния. Пятый электрон фосфора не может образовать ковалентную связь, при Т=0 К он удерживается своим атомом силами электростатического притяжения, но сравнительно небольшие тепловые возмущения легко его отрывают от атома он становится «свободным» носителем заряда – переходит в ЗП, а атом фосфора превращается в положительный ион.

Примеси 5-ой группы валентности, которые отдают свои электроны в ЗП при сообщении некоторой энергии, называются донорными (рисунок 8).

Рисунок 8 – Введение донорной примеси

Примесные атомы образуют локальные энергетические уровни. В атоме фосфора 5-ый электрон слабее связан с атомом, чем остальные валентные электроны, поэтому дополнительный энергетический уровень 5-го электрона расположен выше ВЗ, но так как существует остаточная связь с атомом, этот уровень находится ниже ЗП. Энергетический локальный уровень Wд ,в невозбужденном состоянии занят электроном, а при возбуждении отдает электрон в ЗП. Этот уровень называется донорным (рисунок 9).

Рисунок 9 – Энергетическая диаграмма ПП п- типа

Энергия, которую надо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в ЗП называется энергией ионизации донора, она значительно меньше ширины 33 (не более 0,01 - 0,05 эВ)

Поэтому при комнатной температуре в полупроводниках с донорной примесью число свободных электронов значительно превышает число дырок проводимости. Электропроводность такого полупроводника обусловлена в основном перемещением электронов и называется электронной. Электроны будут являться основными носителями заряда, а дырки – неосновными. Полупроводники называются полупроводниками с электронной электропроводностью или п-типа.

ПОЛУЧЕНИЕ ПП Р-ТИПА

Если в кристаллическую решетку кремния ввести атом трехвалентного бора В, то три электрона В образуют ковалентные связи с тремя из четырех соседних атомов кремния. Одна из ковалентных связей остается незаполненной (рис. 10).

Рисунок 10 – Введение акцепторной примеси

Свободная связь может быть легко занята электроном, перешедшим от атома основной решетки. На месте ушедшего электрона образуется «дырка», а атом бора превращается в отрицательный электрон (неподвижный). Примеси, которые при возбуждении способны захватить электрон из валентной зоны называются «акцепторными».

В кремнии с примесью бора локальный энергетический уровень W_A располагается в 33 вблизи «потолка» ВЗ и называется акцепторным.

Акцепторный уровень в невозбужденном состоянии не занят и при возбуждении способен захватить электрон из ВЗ, образуя дырку. Энергия ионизации акцептора: W_A = W_A - W_B во много раз меньше ширины 33, то при комнатной температуре все акцепторы ионизируются (рис. 11).

Рисунок 11 – Энергетическая диаграмма ПП р- типа

Электропроводность полупроводников в этом случае обусловлена перемещением дырок, так как их намного больше чем свободных электронов. Основными носителями заряда являются дырки, неосновными – электроны. Такой тип электропроводности называется дырочной. Полупроводники называются р -типа или с дырочной электропроводностью.

Подвижные носители заряда, концентрация которых преобладает в примесных полупроводниках называются основными (дырки в р-типа и электроны в полупроводниках), а носители, составляющие меньшинство в п-типа, электроны в р -типа полупроводниках.

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

Терморезистор – это простейший полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого в сильной мере зависит от температуры (рис. 12).

Рисунок 12 – УГО терморезистора и график зависимости R от I_под

Наибольшее применение нашли терморезисторы, сопротивление которых с увеличением температуры уменьшается, т.е. имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При прохождении электрического тока через терморезистор он нагревается, в результате чего усиливается генерация в ПП и его сопротивление уменьшается. По способу подогрева терморезисторы подразделяются на:

- терморезисторы с прямым подогревом (ТП), у которого ток подогрева протекает через рабочее тело;

- терморезисторы с косвенным подогревом (ТКП), у которых ток подогрева протекает через подогреватель, электрически не связанный с рабочим телом.

Терморезисторы находят широкое применение в различных устройствах автоматической регулировки: устройства регулировки усиления усилителей.

ВАРИСТОРЫ

Варистор - полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

Поскольку сопротивление варистора не зависит от направления тока, его ВАХ симметрична относительно начала координат: одинаковым по абсолютной величине напряжениям противоположного знака соответствуют равные по абсолютной величине токи (рис.13).

Рисунок 13– УГО, ВАХ и схема включения варистора

Основное назначение варистора – ограничение амплитуд напряжений. Для этого варистор включается параллельно нагрузке. При амплитудах напряжений, не превышающих пороговое напряжение варистора U_п , сопротивление варистора велико R_в>>R_н, он не оказывает влияния на работу схемы. При амплитудах напряжений превышающих U_п, R_в резко уменьшается и варистор шунтирует R_н. Происходит перераспределение напряжений между параллельно соединенными R_в и R_н и балластным сопротивлением R_б, при этом излишек напряжений падает на R_б.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД

Рабочими элементами полупроводниковых приборов являются ЭДП.

ЭДП называется граница между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность р-типа, а другая п-типа.

Р-n переход нельзя получить простым соприкосновением двух образцов полупроводников с различными типами электропроводности, так как в месте соединения неизбежны зазоры и дефекты. Идеальный ЭДП осуществляется в монокристалле, в котором тем или иным способом получена резкая граница между р и п областями. Рассмотрим процессы в плоскостном р-n переходе (рисунок 14).

Рисунок 14 – Плоскостной р-n переход

Плоскостным называется переход, у которого линейные размеры, определяющие площадь перехода намного превышают его толщину.

При комнатной температуре можно считать все атомы акцепторов и доноров полностью ионизированными. Примем концентрацию доноров см , см - концентрация акцепторов.

Концентрация дырок в р-области, где они являются основными намного больше, чем в п- области, где они неосновные, т.е.

Рр »Рп

Концентрация электронов в п- области намного больше концентрации электронов в р - области, где они являются неосновными носителями, т.е.

п_п » п_р

Следовательно, в р-n переходе имеется градиент концентрации носителей заряда каждого знака. Под действием градиента концентрации носители заряда диффундируют из области с высокой концентрацией в область с пониженной концентрацией. Дырки из р в п - область, электроны из п в р- область.

Эти потоки носителей заряда образуют диффузионный ток р-n перехода, имеющий дырочную и электронную составляющую тока через переход : и .

В результате диффузии в прилегающем к контакту слое р-области образуется отрицательный пространственный заряд. В прилегающем к контакту п- слое образуется положительный пространственный заряд.

Таким образом, вблизи контакта областей с различными типами электропроводности возникает двойной электрический слой или двойной слой пространственного заряда. В приконтактном слое концентрация основных носителей заряда уменьшается по сравнению с концентрацией в остальном объеме полупроводника. Обедненный спой имеет значительно меньшую электропроводность и его называют запирающим.

Внутри обедненного слоя присутствует прослойка с собственной электропроводностью (наиболее высокоОмная часть запирающего слоя). Пространственные заряды создают электрическое поле р-n перехода, напряженность которого препятствует диффузии основных носителей через р-n переход. В то же время неосновные носители каждой из областей могут беспрепятственно переходить через переход, создавая дрейфовый ток. Направление дрейфового тока (дрейфовая составляющая дырочного тока и дрейфовая составляющая электронного тока противоположно диффузионному. Поскольку в изолированном полупроводнике плотность тока должна быть равна 0, го устанавливается динамическое равновесие, при котором диффузионные и дрейфовые потоки зарядов через р-n переход компенсируют друг друга, т.е.

и .

Перепад потенциала в р-n переходе называют потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов.

Таким образом: высота потенциального барьера определяется отношением концентраций носителей заряда одного знака на границах перехода. У большинства кремниевых диодов ⁼ 0,7 -0,8 В, у германиевых 0,3 - 0,4В.

ЭФФЕКТ ВЫПРЯМЛЕНИЯ В Р-N ПЕРЕХОДЕ

Подключим к р-n переходу источник напряжения с эдс U и рассмотрим, как изменятся условия движения носителей зарядов через переход. Если минус источника напряжения (напряжения смещения) перехода подключить к р-области, а плюс к п- области, то под действием электрического поля источника, основные носители заряда будут перемещаться от прилегающих к контакту слоев вглубь областей (рисунок 15). Штриховые линии 1 - I¹ показывают границы перехода в равновесном состоянии, 2 — 2¹ в неравновесном, после подключения источника напряжения. В результате ширина обедненного слоя увеличивается и сопротивление р-n перехода возрастает. Включение, при котором переход представляет большое сопротивление протекающему току, называют обратным, а приложенное к переходу внешнее напряжение - обратным напряжением U_обр. Поскольку удельное сопротивление обедненного слоя на несколько порядков выше, чем удельное сопротивление областей, то большая часть внешнего напряжения падает на переходе. Поэтому при обратном включении высота потенциального барьера возрастает на величину, равную напряжению смещения.

Aq>i = A(j>o + и_обр)

По мере увеличения потенциального барьера все меньше и меньше число основных носителей заряда оказывается способным его преодолеть. В предельном случае диффузионная составляющая тока стремится к нулю. Дрейфовая составляющая практически не зависит от высоты потенциального барьера.

Обратное напряжение изменяет лишь скорость переноса неосновных носителей заряда, не влияя на число носителей, переносимых в единицу времени.

Таким образом: с увеличением обратного напряжения ток через переход стремится к дрейфовому. В дальнейшем ток, протекающий через переход в обратном направлении, будем называть тепловым током р-n перехода I_Т.

Если же к р- области подключить плюс источника напряжения, а п- области минус, то под действием поля источника основные носители заряда начнут перемещаться в сторону контакта. Ширина запирающего слоя уменьшится, и сопротивление перехода снизится.

Включение, при котором р-n переход представляет малое сопротивление протекающему току, называют прямым (напряжение смещения также называют прямым U_np), в этом случае высота потенциального барьера определяется разностью:

Следовательно, при прямом включении перехода его потенциальный барьер уменьшится и диффузионный ток через переход возрастает. В дальнейшем этот ток, образованный основными носителями будем называть прямым I_пр.

При |U_np| < , потенциальный барьер еще способствует протеканию дрейфового тока, а при |U_np| > препятствует этому. При |U_np|>> р-n переход по существу исчезает.

Таким образом, сопротивление р-n перехода при одном направлении тока больше, чем при другом. Свойство пропускать электрический ток лишь в одном направлении (свойство односторонней проводимости) позволяет использовать р-n переход в качестве выпрямителя переменного тока.

Рисунок 15 – Прямое, обратное включение p-n перехода

ВАХ Р-N ПЕРЕХОДА

ВАХ – это графическая зависимость между протекающими токами и приложенными напряжениями (рис. 16).

Рисунок 16 – ВАХ р-n перехода

I – Начальный криволинейный участок вызван наличием потенциального барьера. При дальнейшем увеличении U_пр потенциальный барьер полностью компенсируется и зависимость I_пр от U_пр становится практической линейной.

II – При обратном включении р-n перехода I_обр незначительно увеличивается и затем с увеличением U_обр остается практически неизменным из-за большого потенциального барьера.

Различный наклон ВАХ для Si и Gе в прямом и обратном включении связан с различной шириной ЗЗ этих веществ.

ПРОБОЙ Р-N ПЕРЕХОДА. ВИДЫ ПРОБОЕВ

Пробой р-n перехода – это нарушение основного свойств р-n перехода, т.е. односторонней проводимости.

Если постепенно увеличивать U_обр, то при определенной его величине I_обр через переход резко увеличивается, а U_обр при этом почти не повышается, что говорит о резком увеличении дифференциальной проводимости р-n перехода (рис. 17).

Рисунок 17 – Анализ пробоя по ВАХ

Различают электрический и тепловой пробой р-n перехода. Участок 1-2 – электрический пробой, явление обратимое, т.е. при снятии U_обр свойства р-n перехода полностью восстанавливаются. Участок 2 …- тепловой пробой, необратимый процесс, в результате которого разрушается кристаллическая решетка ПП и р-n переход выходит из строя.

Электрический пробой возникает под действием сильного электрического поля в р-n переходе. При увеличении U_обр электроны приобретают большие скорости, сталкиваясь с атомами кристаллической решетки, они выбивают из них валентные электроны. В результате этого увеличивается собственная проводимость ПП, резко возрастает ток. Если I_обр, протекающий через р-n переход, превысит I_{обр mах} , то электрический пробой переходит в тепловой (расплавление кристаллической решетки ПП за счет выделения тепла).