Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Промышленная электроника
Учебное пособие
Казань 2007
УДК 53 (075.8)
ББК 22.3я7
Промышленная электроника: Учебное пособие / А.В. Васильев, А.Н. Миляшов, Д.Д. Михайлов, Р.Ф. Сабитов, Ю.Г. Соколов, И.Г. Цвенгер, И.Р. Хайруллин; Казан. гос. технол. ун - т., Казань, 2006., 66 с., ISBN 0-0000-0.
Учебное пособие написано в соответствии с действующей программой курса промышленной электроники. Содержит все основные разделы курса. Рассмотрены физика явлений в полупроводниковых приборов и основные принципы построения электронных схем.
Предназначено для студентов всех форм обучения механических и технологических специальностей.
Подготовлены на кафедре Электропривода и электротехники КГТУ.
Табл. 0. Ил. 25. Библиогр.: 9 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета
Рецензенты:
ISBN 0-0000-0000-0 © Казанский государственный
технологический университет, 2006 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. Полупроводниковые приборы………………………………………….4
1 Физика явления p-n - перехода. Диоды…………………………………………..6
2 Полупроводниковые выпрямители…………………………………………..….10
3 Сглаживающие фильтры………………………………………………………....25
4 Транзисторы………………………………………………………………………29
5. Полупроводниковые усилители………………………………………………...36
6. Усилители постоянного тока……………………………………………………50
7. Электронные генераторы………………………………………………………..55
Библиографический список………………………………………………………..65
ВВЕДЕНИЕ. Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые приборы- электронные приборы, принцип действия которых основан на использовании свойств полупроводников.
К полупроводникам
принято относить вещества, удельное
электрическое сопротивление которых
занимает промежуточное место между
проводниками и диэлектриками при
комнатной температуре лежит в пределах
Ом·см. Вещества, удельное сопротивление
которых меньше указанного предела,
относят к проводникам. Вещества, удельное
сопротивление которых больше указанного
предела, относят к диэлектрикам.
В основе электрических явлений в полупроводниковых приборах лежат процессы движения свободных носителей электрических зарядов. Т.е. частиц, не связанных с отдельными атомами и способных свободно перемещаться в кристаллической структуре. В полупроводниках свободные носители зарядов могут образовываться в результате разрыва ковалентных связей и отделения от атомов полупроводника валентных электронов либо в результате ионизации атомов примесей. Процессы образования свободных частиц называются генерацией, а процессы возвращения свободных частиц в связанное состояние - рекомбинацией.
Процесс образования свободных носителей зарядов требует затраты некоторой энергии, необходимой для «освобождения» частиц из связанного состояния. Эта энергия может быть сообщена кристаллу в различной форме: в виде тепла (тепловая генерация), кинетической энергии движущегося тела (ударная генерация), энергии электрического поля (полевая генерация), энергии фотонов при облучении светом.
Рекомбинация частиц сопровождается выделением энергии, которая может быть излучена в виде фотонов (излучательная рекомбинация) или же воспринята кристаллической решеткой в виде фононов (безизлучательная рекомбинация).
В большинстве полупроводниковых приборов используется явление примесной проводимости. В качестве основного кристаллического вещества используют кремний или германий. Атомы кремния и германия четырехвалентны. В узлах кристаллической решетки германия расположено четыре атома. Валентные электроны атомов находятся в ковалентных связях с валентными электронами соседних атомов. Благодаря ковалентным связям, атомы удерживаются в узлах кристаллической решетки. Если в кристаллическую решетку внести примесь пятивалентного вещества (сурьма, мышьяк, фосфор), то атомы примеси займут соответствующие места в узлах кристаллической решетки. Четыре валентных электрона каждого атома примеси войдут в ковалентные связи с соседними атомами германия, а пятые останутся незанятыми, и будут очень слабо связаны с атомами. Именно эти электроны и будут участвовать в проводимости, которая называется электронной. Атомы примеси, дающие избыточные электроны кристаллу основного вещества, называются донорами.
Если ввести в кристалл германия или кремния в качестве примеси трехвалентное вещество, например, бор, алюминий, галлий или индий, то одна из ковалентных связей в каждом атоме примеси окажется незанятой, и на нее может перейти валентный электрон с соседнего атома основного вещества. В следствии этого, в атоме основного вещества образуется недостаток электронов (дырки). Под действием электрического поля дырки будут перемещаться в направлении электрических силовых линий и создадут дырочную проводимость. Атомы трехвалентной примеси называют акцепторами, т.к. они присоединяют к себе валентные электроны основного вещества, образуя отрицательные ионы.