1

Відповідно до електронної теорії всі оточуючі нас речовини складаються з дрібних часток — атомів. Атом, у свою чергу, складається з більш дрібних часток, основними з який є протони, нейтрони і електрони. Протони мають додатній електричний заряд, електрони — від'ємний, рівний по величині заряду протона, а нейтрони електрично нейтральні, їхній заряд дорівнює нулю. Протони і нейтрони утворюють ядро, в якому зосереджена практично вся маса атома. Навколо ядра під впливом його притягання рухаються по визначених замкнутих траєкторіях (орбітам) негативно заряджені електрони. У нормальному стані атом вміщує однакову кількість протонів і електронів і тому електрично нейтральний. Кількість протонів, нейтронів і електронів в атомі залежить від типу хімічного елемента, складовою частиною якого він є. Наприклад, в атомі водню навколо ядра обертається тільки один електрон (рисунок 1), в атомі міді — 29, в атомі золота-79. рисунок 1 - Схема будови атома водню Число електронів, що обертаються навколо ядра, завжди дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів Д. И. Менделєєва. Наприклад, атом 92-го елемента таблиці (урану) має 92 електронів, що обертаються навколо ядра по численних орбітах.  Електрони, які обертаються в атомі, які розташовані на зовнішніх орбітах, зв'язані з ядром слабше, ніж електрони, що знаходяться на внутрішніх, близьких до ядра орбітах. Тому під дією сусідніх атомів або внаслідок інших причин зовнішні електрони можуть залишити свою орбіту, що спричинить за собою зміну електричного стану атома. Електрони, розташовані на зовнішніх орбітах атомів, називаються валентними електронами. Вони визначають хімічну активність речовини, тобто беруть участь у створенні хімічного зв'язку між атомами. Електрони, що звільнилися від внутрішньоатомних зв'язків, одержали назва вільних електронів. Вони переміщуються всередині речовини між атомами в різних напрямках і з різними швидкостями. При наявності зовнішнього електричного поля безладний рух вільних електронів стає упорядкованим, спрямованим. У результаті виникає електричний струм. Чим більше вільних електронів має речовина, тим вище його електропровідність.

2

Напівпровіднико́вий діо́д (рос. полупроводниковый диод, англ. semiconductor (crystal) diode; нім. н. Halbleiterdiode f) — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами.

Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Випрямний перехід, окрім ефекту випрямлення, має й інші властивості, що використовуються для створення різних видів напівпровідникових діодів: випрямних діодів, стабілітронів, лавинно-пролітних діодів, тунельних діодів, варикапів та інших. Тому напівпровідникові діоди поділяють: на випрямні, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опірні (стабілітрони), чотиришарові перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди, тунельні діоди та інші.

3

Біполярний транзистор — напівпровідниковий елемент електронних схем, із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими. Термін «біполярний» підкреслює той факт, що принцип роботи приладу полягає у взаємодії з електричним полем часток, що мають як позитивний, так і негативний заряд.

Біполярні транзистори використовуються в підсилювачах, генераторах, перетворювачах сигналу, логічних схемах.

[Ред.]Схеми включення біполярних транзисторів

Існує три основні схеми включення транзисторів. При цьому один з електродів транзистора є загальною точкою входу і виходу каскаду. Треба пам’ятати, що під входом (виходом) розуміють точки, між якими діє вхідна (вихідна) змінна напруга. Основні схеми включення називаються схемами зі спільним емітером (СЕ), спільною базою (СБ) і спільним колектором (CК).

[Ред.]Схеми підключення

Будь-яка схема підключення транзистора характеризується двома основними показниками:

• коофіцієнт підсилення по струму n=I_вих/I_вх

• вхідний опір R_вх=U_вх/I_вх

[Ред.]Схема зі спільною базою

Підсилювальний каскад за схемою зі спільною базою на основі npn-транзистора

• Коtфsцієнт підсилення по струму: I_вих/I_вх=I_к/I_е=α [α<1]

• Вхідний опір R_вх=U_вх/I_вх=U_бе/I_е.

Вхідний опір для схеми зі спільною базой малий і не перевищує 100 Ом для малопотужних транзисторів, оскільки вхідний ланцюг транзистора при цьому є відкритим емітерним переходом транзистора.

Переваги:

• Гарні температурні та частотні властивості

• Висока допустима напруга

Недоліки

• Мале підсилення по струму, оскільки α < 1

• Малий вхідний опір

• Два різні джерела напруги для живлення

4

Статичні характеристики біполярних транзисторів  Статичним режимом роботи транзистора називається режим при відсутності навантаження у вихідному ланцюзі.  Статичними характеристиками транзисторів називають графічно виражені залежності напруги і струму вхідного ланцюга (вхідні ВАХ) і вихідний ланцюга (вихідні ВАХ). Вид характеристик залежить від способу включення транзистора. 

Динамічні характеристики біполярного транзистора. Динамічні характеристики транзистора по-різному описують його поведінку в лінійному або ключовому режимах. Для ключових режимів дуже важливим є час перемикання транзистора з одного стану в інший. У той же час для підсилювального режиму транзистора більш важливими є його властивості, які показують можливість транзистора підсилювати сигнали різних частот. 

5

Польови́й транзи́стор — напівпровідниковий пристрій, переважно із трьома виводами, в якому сила струму, що протікає між двома електродами (витоком і стоком) регулюється напругою, прикладеною до третього електрода

Характеристики і параметри польових транзисторів. Керуюча дія затвора наочно ілюструє керуючі (струмозатворні) характеристики, що виражають залежність i_c = f(U_ЗВ) при U_CИ = const (рисунок 5). Однак ці характеристики незручні для розрахунків, і тому на практиці користуються вихідними характеристиками.

На рисунку 6 зображені вихідні (стокові) характеристики польового транзистора i_c = f(U_СВ) при U_ЗВ = const. Вони показують, що зі збільшенням UСВ струм ic спочатку росте досить швидко, а потім це наростання сповільнюється і майже зовсім припиняється, тобто настає явище, що нагадує насичення. Це пояснюється тим, що при підвищенні U_СВ струм повинний збільшуватися, але тому що одночасно підвищується зворотна напруга на n—р - переході, то замикаючий шар розширюється, канал звужується, тобто його опір зростає, і за рахунок цього струм і_с повинний зменшитися. Таким чином, мають місце два взаємно протилежних впливи на струм, який в результаті залишається майже постійним.

При подачі більшої за абсолютним значенням негативної напруги на затвор струм i_c зменшується і характеристика проходить нижче. Підвищення напруги стоку зрештою приводить до електричного пробою n – р - переході, і струм стоку починає лавиноподібно наростати, що показано на рисунку штриховими лініями. Напруга пробою є одним із граничних параметрів польового транзистора. Робота транзистора звичайно відбувається на положистих ділянках характеристик, тобто в області, що часто не зовсім вдало називають областю насичення. Напруга, при якій починається ця область, іноді називають напругою насичення, а замикаюча напруга затвора інакше ще називається напругою відсіку. Слід зазначити, що для транзисторів з каналом р - типа полярності живлячих напруга протилежні тим, які показані на рисунку 3, 5 і 6 для транзисторів з каналом n-типу. Польовий транзистор характеризується наступними параметрами. Основний параметр — крутизна S, аналогічна параметру h₂₁ біполярних транзисторів. Крутизна визначається по формулі

S = h₂₁ = Δ i_c / ΔU_ЗВ

при U_СВ = const, і може бути до декількох міліампер на вольт. Крутизна характеризує керуючу дію затвора. Наприклад, S = 3 мА/В означає, що зміна напруги затвора на 1 В створює зміну струму стоку на 3 мА. Другий параметр — внутрішній (вихідний) опір R_і, аналогічний величині 1/h₂₂ для біполярного транзистора. Цей параметр являє собою опір транзистора між стоком і витоком (опір каналу) для змінного струму і виражається формулою

R_i = 1/h22 = ΔUCВ / Δ ic

при UЗВ = const На положистих ділянках вихідних характеристик значення Rі досягає сотень кілоом і виявляється в багато разів більше опору транзистора по постійному струму R0. Іноді користуються ще третім параметром — коефіцієнтом підсилення ?, що показує, у скільки разів сильніше діє на струм стоку зміна напруги затвора, ніж зміна напруги стоку. Коефіцієнт підсилення визначається формулою

μ = - ΔU_CВ / U_ЗВ

при Δ i_c = const Коефіцієнт підсилення зв'язаний з параметрами S і R; простою залежністю

μ = S R_i

Для положистих ділянок вихідних характеристик ? досягає сотень і навіть тисяч. У початковій області цих характеристик, коли вони йдуть круто (при малих UСВ) значення всіх трьох параметрів зменшуються. Вхідний опір польового транзистора визначається, як звичайно, по формулі

R_i = ΔU_ЗВ / Δi_З

при U_СВ = const Оскільки струм і_с — зворотний струм n—р – переходу , а значить, дуже малий, то R_вх досягає одиниць і десятків мегаом. Полевой транзистор має також вхідну ємність між затвором і витоком С_ЗВ, що є бар'єрною ємністю n—р – переходу і складає одиниці пикофарад у дифузійних транзисторів і десятки пикофарад у сплавних. Менші значення має прохідна ємність між затвором і стоком С_ЗС, а самою найменшою є вихідна ємність між витоком і стоком С_СВ.

6