Применение р-n перехода.

1. Выпрямительные диоды.

В них используется

Основные параметры плоскостных полупроводниковых диодов.

1. Наибольший выпрямительный ток, не вызывающий перегрева при длительном перетекании (характеризует прямое смещение).

2. Наибольшее обратное напряжение не вызывающее пробоя.

3. Падение постоянного напряжения при выпрямительном токе.

4. Обратный ток, при допустимом обратном напряжении.

Диоды изготавливаются на основе германия и кремния.

Достоинства и недостатки:

• Диоды на основе кремния работают в более широком диапазоне (до 150 ° С). Германиевые (до 75° С).

Кремневые (Si) – более устойчивы к радиоактивному излучению.

Обозначаются на схемах

2. Варикап

При обратном смещении р-n переход обладает

ёмкостью.

, d – ширина перехода.

S-площадь пластины, d –расстояние между

При увеличении , S- площадь p-n перехода, d – его длина.

Варикап используется как управляемая емкость. Варикап - переменная емкость. Обозначаются на схемах

3. Стабилитрон (работает при обратном смещении)

При высоком напряжении.

Электроны могут приобрести большую скорость т. е. имеют

большую кинетическую энергию, падая в атом они выбивают

2 электрона. Эти 2 электрона разгоняются и атомы выбивают

по 2 электрона. Т.о. концентрация нарастает лавинообразно.

Сопротивление р-n перехода падает.

Все это происходит при почти постоянном напряжении.

В этом случае стабилитрон используется для стабилизации напряжения.

Обозначаются на схемах:

4. Туннельный диод

В нем концентрация электронов в n –области, и дырок в р- области очень велика. Настолько велика, что основные носители могут проходить через р-n переход благодаря туннельному эффекту.

I II III

• При больших напряжениях туннельный эффект исчезает.

• Туннельный эффект применяется во II области.

Во второй области дифференцированное сопротивление равно:

Т.к. R < 0 на II-ом участке туннельный диод может рассматриваться как источник энергии( R > 0 -это сток энергии).

Обозначаются на схемах:

Транзистор в режиме усиления

Транзисторы применяются для усиления и генерации колебаний. Первый транзистор был синтезирован в 1948 году. В СССР в 1949 г.

Транзистор(transistor) – преобразование сопротивления.

Сущность транзистора iвых = iвх ; R вых > Rвх следовательно uвых > uвх.

Транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру.

Крайние области: эммитер, коллектор.

Средняя область: база.

• Концентрация основных носителей в Э- max . Эммитер –источник носителей.

• Концентрация основных носителей в К-меньше. Коллектор принимает носители.

• Концентрация основных носителей в Б – minимальная. Она лишь управляет движение чужих носителей.

Схема с общей базой.

В этой схеме все потенциалы измеряются относительно база. Входной сигнал подается на эммитер, а выходной снимается с сопротивления в цепи коллектора.

Во входную цепь входят: источник Еэб

Источник входного сигнала u вх

Еэ - u вх – Э – Б - Еэ Эммитер транзистора Э, база Б

и заканчивается на Еэб

Выходная цепь: источник Екб

База, коллектор

Ек – Б – К - Rн- Ек Сопротивление нагрузки R н

и заканчивается на Ек

Подбираем их там, чтобы ЭБ – смещен в прямом направлении (т.е. направление на р-n переходе ЭБ имеет положительную полярность, следует что открыт для основных носителей заряда ) , КБ - в обратном направлении (коллекторный переход закрыт для основных носителей заряда)

Для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы концентрация дырок рэ в Э была намного больше концентрации электронов nб в базе акцепторная примесь т.е. рэ намного больше nб.=> инжекция дырок в базу => дырки в базу => электроны в базу из источника, компенсировать объемный заряд дырок.

Ширина базы мала => диффундирующие носители не успевают рекомбинировать за время движения в базе => достигают коллекторного перехода.

Дырки в базе – неосновные носители => коллекторный переход открыт для них.

Электрическое поле у К перехода ускоряет дырки они втягиваются в К, а электроны тормозятся и уходят из базы через внешний выход.

Следовательно, Rэб – мало, а R бк – велико.

По закону Кирхгофа: iэ = iк + iб

Хотелось бы iэ ≈ iк для этого надо уменьшить iб 0

iб обусловлен рекомбинацией дырок

iб – компенсирует расход электронов на процесс рекомбинирования.

1. База делается тонкой.

2. База делается слабо легированной , т.е. концентрация примесей не велика.

Дырки втягиваются в коллектор источником Е_к. Этот процесс характеризуется коэффициентом λ-коэффициент передачи тока эмиттера.

λ = ,u_m=const.

Физический смысл: коэффициент усиления по току в схеме с общей базой.

λ≈1, обычно λ=0,9÷0,99.

Повлияет ли на сопротивление R_h величину тока коллектора?

Сопротивление выходной цепи состоит из перехода б-к и R_h.

R_вых=R_бк+R_h≈R_бк=R_обр

Так как переход б-к смещен в обратном направлении R_обр»R_h ,даже тогда когда R_h велико.

Поэтому R_h не оказывает влияния на ток коллектора.

Итак U_вых=i_k*R_h,посмотрим каким будет коэффициент усиления по напряжению:

К_u= = = λ »1,Эб-смещение в прямом направлении.

Следовательно : усиление по току нет, ток не усилился i_вх≈i_вых, усиление по напряжению U-есть, усиление по мощности- есть.