Глава 8 электронные приборы и устройства

8.1. Общие сведения

Электронными приборами называются активные вакуумные, газоразрядные и полупроводниковые элементы электрических цепей. Наряду с пассивными элементами (резисторами, катушка­ми индуктивности и конденсаторами) они входят в электричес­кие схемы устройств, в которых происходит преобразование элек­тромагнитной энергии и сигналов. Наиболее простым видом пре­образования является выпрямление переменного тока, более сложными — инвертирование постоянного тока в переменный, усиление, генерирование и преобразование сигналов сложной формы. Различают вакуумные и полупроводниковые электронные приборы.

К электровакуумным приборам относятся электронные лам­пы (диоды, триоды, тетроды, пентоды и др.), вакуумные фото­элементы и фотоумножители, электронно-лучевые трубки ос­циллографов, телевизоров, мониторов ЭВМ, сверхвысокоча­стотные генераторы (клистроны, магнетроны, митроны и др.). В электровакуумных приборах электрический ток создается на­правленным движением электронов. Электроны чаще всего ис­пускаются (эмитируются) нагретыми термоэлектродными като­дами и за счет напряжения между анодом и катодом движутся к аноду. Кроме анода и катода между ними в зависимости от на­значения располагаются другие электроды (сетки и экраны), ре­гулирующие интенсивность и скорость потока электронов. К элек­тронным приборам относятся также газоразрядные приборы: га­зотроны, тиратроны, игнитроны, ртутные выпрямители и т.д. В них физические процессы протекают в газовой среде, а элект­рический ток образуется движением не только катодных элект­ронов, но и движением электронов и положительных ионов, об­разующихся вследствие ионизации инертных газов или паров ртути.

В полупроводниковых приборах электрические токи текут в твер­дом теле — полупроводниках. Поэтому их часто называют твердо­тельными электронными приборами. К ним относятся полупро­водниковые диоды, триоды (транзисторы), тиристоры, светодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы.

Полупроводниковые электронные приборы наиболее часто используются в современных электронных устройствах.

8.2. Полупроводники: основные понятия, типы электропроводности

Полупроводники — широкий класс материалов, которые по своей электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При комнатной температуре удель­ное сопротивление проводников составляет 10^-8...10^-5 Ом•м, полупровод-ников — 10^-6... 10⁸ Ом•м, диэлектриков — 10⁷... 10¹⁷ Ом•м.

Наиболее широкое распространение получили полупроводни­ковые элементы германий и кремний, расположенные в четвертой группе периодической таблицы Менделеева, а также ряд со­единений— арсенид галлия, карбид кремния, окись цинка и т. д.

При: температуре T=0 K в чистом полупроводнике отсутствуют носители электрического заряда. При повышении температуры в полупроводнике появляются носители электрических зарядов двух знаков.

Процесс образования носителей заряда под воздействием температуры называется термогенерацией носителей. Обратный про­цесс называется рекомбинацией носителей. В количественном отношении носители заряда в полупроводнике взаимно компен­сируют друг друга. Электропроводность полупроводника, обуслов­ленная образованием носителей заряда под действием температу­ры, называется собственной.

На электропроводность полупроводников сильное влияние ока­зывают примеси.

Электропроводность полупроводника, обусловленная носите­лями электрического заряда отрицательного знака, т.е. свободны­ми электронами, носит название электропровод- ности n-типа, а полупроводник, реализующий электропроводность n-типа, назы­вается полупроводником n-типа. Примесь, которая обусловливает электропроводность n-типа, называется донорной (отдающей).

Электропроводность полупроводника, обусловленная носите­лями электрического заряда положительного знака, т.е. свобод­ными дырками носит название электропроводности р-типа, а полупроводник, реализующий электропроводность р-типа, назы­вается полупро-водником p-типа. Примесь, которая обусловливает электропроводность p-типа, называется акцепторной (принима­ющей).

Носители электрического заряда, образующиеся в результате добавления примеси в полупроводник, количественно преобла­дают над носителями заряда, получаемыми в результате процесса термогенерации, поэтому электроны в n-полупроводнике и дыр­ки в p-полупроводнике носят название основных носителей элек­трического заряда. В свою очередь, электроны в р-полупроводнике и дырки в n-полупроводнике носят название неосновных носителей элек­трического заряда.