книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

германия, за счет чего в заполненной зоне возникают дырки, а недалеко от верхней границы заполненной зоны — а к ц е п ­

называется граница соприкосновения двух полупроводнико­ вых образцов с проводимостью разного типа.

Рассмотрим поведение электронов и дырок в полупро­ водниках с проводимостями типа «п» и «р» вблизи их контак­

типа «п» останутся не нейтрализованными положительные ионы примесных атомов, а в пограничном слое области типа «р»— отрицательные ионы.

Результатом рассмотренного процесса является образова­ ние разности потенциалов Дф между образцами с проводимо­ стями разного типа (рис. 10. 22 в).

При движении из зоны в зону электроны и дырки преодо­ левают потенциальный барьер величиной Дф, для чего они должны совершать работу Д\Ѵэ= е 0Дф. Поэтому процесс нарас­ тания Дф конечен.

Приложим теперь к электронно-дырочному переходу напряжение с полярностью, указанной на рис. 10. 23 а.

Так как внешнее электрическое поле оказывается прило­ женным противоположно контактной разности потенциалов, то величина потенциального барьера уменьшается (Дфі<Дф, рис. 10. 23 6), что ведет к резкому увеличению тока іпр в пря­ мом направлении. Ток нарастает с увеличением напряжения по экспоненциальному закону:

где к — постоянная Больцмана;

Т— абсолютная температура.

Сизменением полярности питающего напряжения U внеш­ нее электрическое поле совпадает с контактной разностью

5 90

Рис. 10. 22. п — р-переход: а , б — распределение концентра­ ции зарядов; в — потенциала; г — энергии заряда.

потенциалов, что вызывает возрастание потенциального барь­ ера до величины Афг>Аф (рис. 10. 23 в, г). При этом пере­ ход электронов и дырок из одной зоны в другую и наоборот практически прекращается (в прямом направлении). Обрат­ ный ток обусловлен неосновными носителями, и величина его

591

очень мала. Следовательно, проводимость электронно-дыроч­

592

Вентильные свойства электронно-дырочных переходов ши­ роко используют в современных полупроводниковых диодах и триодах, рассмотренных ниже.

§ 10. 8. Полупроводниковые диоды

Основным элементом полупроводникового диода является электронно-дырочный переход, свойства которого рассмотре­ ны выше.

В современной радиоэлектронике применяются германие­ вые и кремниевые диоды.

Диоды могут быть точечными (рис. 10. 25 а) и плоскост­ ными (рис. 10. 25 б).

Рис. 10. 25. Схематическое изображ ение и устройство диодов: а — точечного; б — плоскостного; в — условное обозначение.

Основой диодов является чаще кристалл германия 1 с электронной проводимостью типа «п». У точечного диода име­ ется металлическая игла 2, надавливающая на кристалл гер­ мания, под острием которой при технологической обработке образуется слой 4 с дырочной проводимостью. Рабочая по­ верхность п—р-перехода очень мала, что обусловливает ма­ лый рабочий ток и очень малую паразитную емкость перехо­ да. Такие диоды используют для детектирования радиосиг­ налов (Д-601, Д-602, Д -1Ж , Д -2Е).

Плоскостной диод получают сплавлением капли индия 3 с кристаллом германия типа «п». При этом под каплей индия

593

образуется слой германия 4 с проводимостью типа «р», кото­ рый составляет вместе с германием типа «п» электронно-ды­ рочный переход со значительной поверхностью. Плоскостные диоды обеспечивают протекание через них больших токов (до сотен — тысяч ампер). Их используют для выпрямления переменного тока.

Кроме этого, на практике применяют специальные полу­ проводниковые диоды: опорные (стабилитроны), туннельные, параметрические (варикапы), фотодиоды, переключающие ти­ ристоры и т. д.

А. Параметры диодов

а) Вольтамперная характеристика (рис. 10. 24). При поло­ жительном напряжении ток резко возрастает, обусловливая малое сопротивление диода в прямом направлении. При отри­

(мка~-ма).

з) Гарантированный срок службы (~ 4000 часов).

§ 10.9. Полупроводниковые триоды (транзисторы)

А. Общие сведения

Транзистор представляет собой систему двух, близко рас­ положенных электронно-дырочных переходов в монокристал­ ле полупроводника. Триоды могут быть т о ч е ч н ы м и и п л о ­ с к о с т н ы м и . В настоящее время преимущественно изготов­ ляют плоскостные германиевые или кремниевые транзисто­ ры. Переходы в них создаются методом диффузии, сплавле-

594

и н д и й

Р

Рис. 10. 26. Схематическое изображение устройства транзи­ стора сплавного типа.

ния, вытягивания из расплава. Поэтому различают сплавные, диффузионные и «тянутые» транзисторы (рис. 10.26).

Чередование областей разнотипной проводимости моно­ кристалла может быть как р-п-р, так и п-р-п (рис. 10. 27).

Левую область кристалла называют э м и т т е р о м . Он вы­ полняет функцию катода в вакуумном триоде.

эп и г т е р

Р—

Рис.

595

Правый электронно-дырочный переход улавливает поток зарядов и называется к о л л е к т о р о м . Он выполняет роль шода в электронной лампе.

Средняя область кристалла называется о с н о в а н и е м , или б а з о й . Она выполняет роль сетки в вакуумном триоде.

Для уяснения принципа действия между эмиттером и ба­ зой приложим напряжение смещения в прямом направлении от источника Еэ (десятые доли вольта) и напряжение сигна­ ла, подлежащего усилению, Е 0. М ежду базой и коллектором прикладывается значительное постоянное напряжение в об­ ратном направлении Е к (единицы-удесятки вольт). Усилен-

Рис. 10. 28. Схема включения транзистора р — п — р при уси­ лении сигналов.

ные сигналы (рис. 10.28) снимаются с резистора RH. Под дей­ ствием электрического поля, создаваемого источником Еэ, по­ тенциальный барьер первого перехода Дфі уменьшается и дырки из эмиттера диффундируют в базу, создавая ток в це­ пи эмиттера Іэ. В области базы эти носители будут двигаться в сторону коллектора за счет диффузии. Дошедшие до кол­ лектора дырки втягиваются электрическим полем, создавае­ мым на переходе II действием Е к, в область коллектора, уве­ личивая ток коллекторного перехода:

596

тера, достигают коллектора. Остальные дырки рекомбиниру­ ют в базе с электронами. Для восстановления электрической

это вызовет примерно равное ему изменение тока коллектора (в высокоомной цепи). Так как Ë K^>UBX, то

1) Схема с общей базой (рис. 10. 29 а). Здесь база явля­ ется общим электродом для входной и выходной цепей; вход­ ной сигнал подается на эмиттер, а выходной — снимается с коллектора.

2) Схема с общим эмиттером, где эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Входной сигнал

597

ме общим для входной и выходной цепей является коллектор­ ный электрод. Входной сигнал подводится к базе, а выход­ ной — снимается с .эмиттера.

Б.Статические характеристики транзисторов

Вотличие от электронных ламп статические характеристи­ ки транзисторов определяют по-разному.

Основными являются входные и выходные характеристики,

снятые для схемы с общей базой и с общим эмиттером.

В х о д н ы е характеристики для схемы с общей базой пред­ ставляют собой зависимость тока эмиттера іэ от напряжения между эмиттером и базой U 06 = E 3 + E C при постоянном значе­ нии напряжения между коллектором и базой Е Кб = const:

i3= F i( u 36) при иКб = const (рис. 10.30а).

Такие характеристики (рис. 10.30а) являются, по существу, вольтамперными характеристиками эмиттерного р-п—пере­ хода.

Входная характеристика весьма круто нарастает по мере увеличения напряжения иЭб>0. Это определяет сравнительно малую величину входного сопротивления

du36

^вх ~ гэ + гб — dl3

при иКб = const. R EX имеет порядок десятков-сотен ом в зависи­ мости от величины тока эмиттера (гэ— прямое сопротивление эмиттерного р-п-нерехода, Гб — сопротивление материала ба­ зы).

В ы х о д н ы е х а р а к т е р и с т и к и (рис. 10.306) для схе­ мы с общей базой представляют зависимости тока коллекто­ ра ік от напряжения между коллектором и базой U K6 = E K при различных постоянных значениях тока эмиттера, то есть

iK = F2(uK6) при іэ= .const; иногда ік= Р2(иКб) при иЭб = const.

Обычно коллекторный ток имеет величину, несколько меньшую тока іэ, так как іб= іэ— ік-

Характерной особенностью выходных характеристик явля­ ется то, что они почти горизонтальны. Это означает, что на­ пряжение Е к практически не влияет на величину коллектор­

598

Рис. 10. 30. Характеристики транзистора, включенного по схе­ ме с общей базой: а — входная; б — выходная.

ного тока, следовательно, выходное внутреннее сопротивле­ ние триода

в схеме с общей базой (несколько десятков При включении триода по схеме с общим коллектором, как

правило, пользуются характеристиками, построенными для схемы с общим эмиттером.

Важным параметром транзисторов является коэффициент усиления по току а (для схемы с общей базой). Величина а

599