Elektrotehnika_i_elektronika_2008

Iо6Р

Рис. 7.38. зависимости вольтамперной характеристики р-п-перехода от температуры

ванные неподвижные атомы примеси и почти нет подвижных носителей зарядов - электронов.и.дырок. Вследствие этого такой слой'

обладает свойствами диэлектpика, . и ЭДП можно рассматривать как

плоский конденсатор, обкладками которого являются нейтральные р- и п-области. Если к р- и п-облаcтям приложить обратное напряжение, толщина р-п-перехода и расстояние между «пластинами» конденсатора увеличатся, а его емкость уменьшится.. .

Эта емкость р-п-перехода получила название зарядной, или барьерной, так как ее наличие обусловлено сущёствованием положительных и отрицательных зарядов, или потенциального барьера на границе p- и п-областей; Барьерная емкость возникает в основ-

ном при обратных напряжениях на р-п-переходе.

Емкостные свойства p-п-перехода использyются в полупроводниковых диодах, называемыx, варикапами. в варикапах величину зарядной емкости изменяют пyтем изменения приложенного к нему обратного напряжения.

7.23. полупроводниковые диоды

Полупроводниковый прибор c одним: электрическим переходом, предназначенный ддя преобразования_одних электрических вёличин

в другие электрические величины и имеющий два вывода, называ-

ют полупроводниковым диодом. .

Изображают полупроводниковые диоды на электрических схемах 'в виде треугольника и отрезка проведeнного через одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. в зависимости от назначения 'диода его обозначение: может содержать дополнительны е

символы (рис. 7 .39). в любом случае острая вершина треугольника

указывает на направление протекания прямого тока через диод. Тре-

Рис. 7.39. Условные графические обозначения полупроводниковых диодов:

a =-' выпрямительные, импульсные и универсальные; б -- стабилитроны и ста-

бисторы; в -- туннельные; г -- обращенные; д -- варикапы

угольник соответствует p-области и называется ийогда анодом, или эмитгером, a прямолинейный отрезок ; п-облaсти и называется ка- .

тодом, или базой.

Выпрямительными называют ,полупроводниковые диоды, предназначенные Для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямление переменного тока c помощью полупроводнико-

вого диода основано на его односторонней электропроводности. Она заключается в том, что диод оказывает очень малое сопротивление

току, протёкающему в одном (прямом) направлении, и очень большое сопротивление току, протекающему в другом (обратном) на правлении.

Чем больше площадь p-п-перехода; тем большей силы ток можно через него пропускать, не опасаясь теплового пробоя и порчи .

диода. Поэтому в выпрямительных полупроводниковых диодах ис-

пользуются плоскостные р-п-переходы.. . Плоскостной p-п-переход получают, вводя в полупроводник р-

или п-типа примеси, создающие в нем область c противоположным

типом электропроводности. Примеси можно вводить путем сплав-

пения или диффузии.

Диоды c использованием p-п-переходов, полученных методом сплавлeния, называются сплавными, a методом диффузии диффузионны ми. .

Выпрямление переменного напряжения (тока) c помощью диода иллюстpируется рис. 7.4о.

V

Рис. 7.40. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя (а) и графики напряжения на его входе и выходе (б) .

б93 Глава 7. Основы электроники

B течение положительного пблуперпода входного напряжения U 1

диодVвключенвпрямомнаправлении,'сопротивлениеегомалои

на нагрузке RH напряжение U2 практически ' равно входному напряжению. При отрицательном полупериоде входного напряжения диод включен в обратном направлений, • его сопротивление оказывается значительно больше, чем сопротивление нагрузки, и почти все вход ное напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке близко •к нулю. B данной схеме для получения выпрямленного напpяжения используется лишь один полyпериод входного напряжения, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным.

Полупроводниковые диоды, используемые для стабилизации

постоянного напряжения на"нагрузке, называют стабилитронами. B .

стабилитронах используется у'Iасток обратной ветви вольтамперной характеристики в области электрического пробоя (рис. 7.41).

оСт

'"t .

Рис. 7.41. Вольтамперная характеристика стабилитрона

В этом случае при изменении тока, протекающего через стаби-

литрон, от 4,,,, мин: до I,,m. ^акС. напряжение на нем почти не изменяется. Если нагрузка R„ подключена параллельно стабилитрону

(рис. 7.42), напряжение на ней также будет оставаться постоянным в указанных пределах изменения тока, протекающего через стаби-

лйтрон.

С помощью этихдиодов стабилизируют напряжения примерно от 3,5 B и выше. Для стабилизации напряжения порядка 1 B при-

•меняют cтабисторы. Y стабисторов используется не обратная, a прямaя ветвь вольтамперной характеристики (рис. 7 .43). Поэтому их включают . не .в обратном, как стабилитроны, a в прямом направлении. ,

СтабилитроньУ и стабисторы изготовляются, как правило ; из кремния.

.7.3.2. Режимы работы биполярного транзистора

B зависимости от способа подключения p-п-пepexoдoв транзистора к внешним иcтoчникaм.питaния он может работать в режиме

oтceчки, насыщения или активном режиме.

Режим oтceчки транзистора получается тогда, когда эмитrepный и кoллeктopный p-n-пepexoды пoдключeны к внешним источникам в обратном направлении (рис. 7.45, a). B этом случае через оба ц-п- пepexoдa протекают очень малые обратные токи эмитrepa (Iэao) и кoллeктopa (.Iкso)• Ток базы равен сумме этих токов и в зaвиcимoc= ти от типа транзистора находится в пределах от единиц микpoaм- пep — мкA (y кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер —

мА (y repмaниeвыx транзисторов).

Рис. 7.45. Токопрохождениге в транзисторе в режимах отсечки (а)

и насыщения (б)

Если эмиперный и коллекторный p - п- переходы подключить к

$нешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения' (рис.. 7.45, б). Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет

частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешни-

ми источниками ИЭБ и U,. в результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных' носителей заря да, . и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмитгера и коллектора .в базу, a также' электронов из базы' в эмиттер и коллек- тор: Однако в процессе изготовления транзистора насыщенность базы электронами делается гораздо меньше, чем эмиттера н коллек-

тора дырками. Поэтому для упрощения дальнейших рaссyждений инжекцией электронов из базы в эмиттер и коллектор будем' пре-

небрегать. Таким образом, в режиме насыщения токи эмиТТера 1э.нас и 1К.нас коллектора будут обусловлены перемещением дырок из эмит-

из внешней цепи поступает такое же количество злектронов. Движение электронов из внешней цепи в базу создает в ней рекомби^ национный ток^^Б.Рех. Помимо рекомбинационного через базу протекает обратный ток коллектора, в противоположном направлении, и полный ток базы

7.З.3: Схемы включения бипoлярного транзистора

в схеме, приведенной на рис. 7.46, электрическая цепь, образованная источником U'9 , 'змиттером и базой транзистора, называется входной, a цепь, образованная источником . ИКБ, коллектором и базой этого же транзистора, выходной. База является общим. электродом транзистора для входной и выходной цепей, поэтому такое его включение называют схемой c общей базой, или сокращенно «схемой 4Б».

на рис; 7.47 изображена схема; в которой общим электродом для входной и выходной цепей является эмиттер. Это схема включения c общим эмиттером, или сокращенно «схема оЭ». В ней выходным током, как и в схеме ОБ, яiвляется ток коллектора Ix, незначительно отличающийся от тока эмиттера I, a входным -- ток базы I, значительно меньший, чем коллекторный ток. Связь между токами ДГБ

и I в схеме оЭ определяется уравнением :

'к = н21ЕIБ + IКЭо•. .

0

Рис. 7.47. Включение транзистора по схеме e общим эмитrepoм

Коэффициент пропорциональности h21E называют статическим коэффициентом передачи тока базы. Его можно выразить через статический коэффициент передачи тока эмиттepa h2ta:

"11E - / ^1Б

11-h21Б)

транзисторных схем. наибольшее применение полyчйли статические входные и выходные характеристики.

Входные статические характеристики дяя схем ОБ и ОЭ германиедого транзистора типа р -п -р приведены на рис. 7.49. Так как

so

20

Рис. 7.49. Входные характеристики гeрманиевого транзистора типа p-п p в схемах c ОБ (а) и ОЭ (6)

увеличению тока эмиттера и, следовательно, тока базы. Благодаря наличию обратной связи в транзисторе, осуществляемой через базу, коллекторное напряжение также влияет на входной ток 1э Однако это влияние сказывается' при небольших напряжениях U ' и U» . При дальнейшем росте коллекторного напряжения входной ток почти не изменяется. Поэтому ,входные характеристики обыч-

но представляются всего лишь двумя кривыми, снятыми при напря-

жения ИКБ и ИКЭ, равных нулю, и небольшом отрицательном (для

транзисторов р-п р) или положительном (ддя транзисторов п р-п)

напряжениях.

Выходные статические характеристики в схеме. ОБ приведены на рис. 7.50, a. Прй I = о в выходной (коллекторной) цепи протекает. 'только обратный неyправляемый ток iкБ0. 'С появлением тока эмиттера возникает и управляемая составляющая коллекторного тока

h2 1БIэ. Так как в схеме. ОБ I» = hгlБIэ+ IкБо, увеличение тока I' приводит ' к увеличению тока I.

Выходные статические характеристики для' схемы ОЭ даны на рис. 7.50, 6.

Крутой участок характеристик при малых напряжениях U,' соответствует режиму насыщения, при .котором эмитгерный и коллекторный р -п-переходы смещены (включены) в прямом .направлении.