Полупроводниковый диод – прибор имеющий 1 p-n-переход и 2 вывода.

По конструкции различают:

- Точечный диод. Имеет площадь p-n-перехода очень малую и следовательно имеет малую собственную емкость, поэтому работает на очень высоких частотах.

- Плоскостные диоды. Имеют очень большую собственную емкость, поэтому могут работать только на низких частотах (до 10 кГц). Плоскостные диоды также называют выпрямительными, силовыми диодами. Их применяют для преобразования переменного тока в постоянный пульсирующий.

Сравнительная характеристика Германиевых и Кремниевых диодов.

Плотность тока.

Ge Si

j 100 A/см² 200 A/см²

при U_пр=0,7 B при U_пр=1,2 В

t⁰ – 60 до +75 ⁰С -60 до +150 ⁰С.

Германиевый диод отличается только малой потерей напряжения и несколько большей КПД, что важно для цепи с малой силой тока, поэтому точечные диоды изготавливают в основном германиевыми, а плоскостные кремневыми.

По применению

1) Точечные – высокочастотные, преобразовательные диоды.

2) Плоскостные - выпрямительные, силовые.

3) Стабилитрон – опорный диод

Рис.7

Универсальный диод

Основное свойство и принцип включения стабилитрона:

При обратном включении ток изменятся до 10 раз, а напряжение остается почти неизменным.

Стабилитрон работает в режиме электрического пробоя.

Основные параметры показаны на вах

Рис.8 – ВАХ

Промышленность выпускает стабилитроны на токи до 800 мА, напряжения стабилизации от доли Вольта до 200 В. Разновидность стабилитрона – стабистор. Работает при прямом включении напряжении, стабилизации меньше 1 В.

4) Варикап

Рис.9

Варикап – это полупроводниковый не линейный, электрически управляемый конденсатор на основе p-n-перехода.

Принцип включения основное свойство:

При обратном включении емкость с ростом напряжения уменьшается.

Пример зависимости емкости от напряжения

Рис.10 - Пример зависимости емкости от напряжения

Варикапы применяются в цепях автоматической подстройки частоты во входных цепях радиоприемника.

5) Фотодиод – имеет p-n-переход доступный действию света (излучения).

Рис.11 - Фотодиод

Фотодиод работает на основе внутреннего фотоэффекта – это явление образованию по свободному электрону – дырка, под действием света.

Существует два способа включения:

- Фотодиодный – фотодиод включается последовательно с нагрузкой в обратном включении к источнику питания, следовательно в отсутствии света ток нагрузки стремится к 0. при действии света образуется носители заряда, чем больше световой поток, тем больше фототок.

- фотогольвонический способ включения – включается последовательно с нагрузкой без источника тока и выполнят роль источника тока.

Рис.12

Под действием света образуется пары свободные электроны – дырки, которые за счет электрического поля разделяются , в результате в р - области накапливаются дырки (+), в n-области накапливаются электроны (-). Возникающие фотоЭДС зависит от рода полупроводника. Например, в кремниевых фотодиодов примерно равна 0,7 В. По этому же принципу работают солнечные батареи.

Фотодиоды применяются как датчики преобразования действия света в изменение электрических параметров цепи.

Пример: автоматическое открытие двери и т.д.

6

Рис.13

) Туннельный диод.

Выполняется на выраженных полупроводниках, поэтому толщина p-n-перехода очень мала. Туннельный диод работает в диапазоне СВЧ.

Принцип включения и основное свойство

При прямом включении ВАХ имеет N-образный, поэтому туннельный диод применяется для генерации или усиления электрический колебаний СВЧ.

Рис.14

На участке В-Б, при уменьшении напряжения ток увеличивается, т.е. туннельный диод ведет себя подобно источнику тока.

Разновидность туннельного диода – обращенный диод. Основное свойство: не имеет n-образного участка характеристики, но при напряжении до 0,1 В I_об >> I_пр. Обращенный диод так же применяется в диапазоне в качестве преобразовательного диода.

Рис.15

Биполярные транзисторы (Б.Т.)

Б.Т. – это кристалл полупроводника с тремя областями, чередующийся примесной проводимостью и тремя выводами, применяемый для усиления или генерации электрических колебаний.

Устройство транзистора

При нагревании до 500⁰С индий (In) плавится, проникает в германий (Ge) и создает p-области. На рисунке 16 обозначены:

Э – эмиттер;

К – коллектор;

Б – база.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Виды и обозначения Б.Т.

1. Б.Т. типа p-n-p

Рис.17

2. Б.Т. типа n-p-n

Рис.18

Принцип включения:

p-n переход база-эмитер всегда включается в прямом направлении, база-коллектор в обратном.

Схема включения и работа

Рис.19

1. цепь б-э разомкнута (Iэ=0) следовательно Iк=Iк₀ – очень мал т.к. это ток обратного включения p-n-перехода.

2. цепь б-э замкнута (Iэ ≠0). Под действием источника Е1 дырки из эмиттера входят в базу и за счет диффузии доходят до коллекторного перехода, где мощное поле источника Е2 втягивает их в коллектор, создавая ток коллектора, поэтому Iэ=Iк+Iб, при чем Iб<<Iк – т.к. база мала по размерам, с малой концентрацией примеси.

Основное свойство Б.Т.

Ток эмиттера I_Э, а значит и Iк и Iб заметно зависит от напряжения Uб-э.

Три схемы включения Б.Т.

Входная и выходная цепь имеет 2+2=4 вывода, а контактов у транзистора – 3, следовательно, один вывод при включении будет общим. Существует три схемы включения биполярного транзистора:

• схема включения БТ с общей базой (ОБ);

• схема включения БТ с общим коллектором (ОК);

• схема включения БТ с общим эмиттером (ОЭ).

Для всех схем включения:

Ток, проходящий через источник входного напряжения, называется входным током - Iвх, а так же проходит через Rн называется выходным током - Iвых.

Рассмотрим свойства схем включения.

1. Схема включения БТ с общей базой (ОБ)

Рис.20

В схеме с ОБ:

1. Iвх=Iэ, Iвых=Iк. Iвх≥Iвых, следовательно схема с ОБ не усиливает ток;

2. Uвх≈Е1, Uвых≈Е2, при Е2>>E1, следовательно Uвых>>Uвх. Схема с ОБ заметно усиливает напряжение до 100 раз;

3. Iвх = Iэ – наибольший ток, следовательно входное сопротивление наименьшее в схеме с ОБ (до 100 Ом для маломощных транзисторов);

4. Два разных источника напряжения питания;

5. Хорошие температурные и частотные свойства (f_гр – наибольшая).

2. Схема включения БТ с общим коллектором (ОК)

Рис.21

Схема с ОК:

1. Iвх=I_Б, Iвых=I_Э. Iвх <<Iвых, следовательно схема с заметно усиливает ток до 100 раз.

2. Uвых≤Uвх т.к. Uвх через открытый p-n-переход Б-Э действует в нагрузке, схема с ОК повторяет напряжение на выходе.

3. В схеме с ОК Rвх наибольшее (до 10 кОм) т.к. ток входа идет через закрытый p-n переход Б-К.

4. Схему с ОК называют эмиттерный повторитель, т. к. нагрузка включается к эмиттеру и схема повторяет U_вх на выходе.

3. схема включения БТ с общим эмиттером (ОЭ)

Рис.22

+ -

Схема с ОЭ:

1. Iвх=Iб, Iвых=Iк, следовательно Iвых>>Iвх., значит: схема с ОЭ заметно усиливает ток до 100 раз;

2. Uвх ≈ Е1, Uвых ≈ Е2, следовательно, при Е2>>E1 → Uвых>>Uвх. Схема с ОЭ заметно усиливает напряжение до 100 раз;

3. Значит схема с ОЭ больше других усиливает мощность до 10000 раз, поэтому чаще других применяется в усилителях;

4. Можно обойтись одним источником питания.

Как определить схему включения транзистора?

Достаточно определить на какой вывод транзистора подается напряжение Uвх или ток Iвх , с какого вывода снимается напряжение Uвых или ток Iвых .