Полупроводниковые приборы.

Для преобразования электрических сигналов (усиления, генерирования колебаний, изменения формы сигнала и т.д.) недостаточно использования в цепях пассивных линейных элементов. Для этих цепей в электронике широ-ко применяются различные активные элементы, облада-ющие необходимыми нелинейными характеристиками. Для этих целей широко используют полупроводниковые приборы, работа которых основана на свойствах p – n - перехода (электронно-дырочного перехода).

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называют область, возникающую на границе раздела полупровод-ников п- и р- типа. ЭДП можно получить вплавлением (резкий переход) или диффузией (плавный переход) в полупроводниковый монокристалл примесей, создающих тип проводимости, противоположный типу проводимости исходного монокристалла.

Электрические свойства ЭДП поясняются следующим: концентрация электронов в п-области пп (основные носи-тели) во много раз больше их концентрации в р-области пр (не основные носители).

Поэтому при образовании р – п - перехода происходит диффузия электронов из п - области в р - область, а дырок из р - области в п -область. В результате этого вблизи гра-ницы ЭДП в п - области происходит обогащение исход-ного монокристалла отрицательными носителями заряда – электронами, а в р - области происходит обогащение исходного монокристалла положительными носителями заряда – дырками. Эти заряды образуют электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает запирающий слой, в котором практически отсутствуют подвижные носители заряда. Устанавливается равновесие, при котором падение напряжения на границе р - и п - областей (называемое потенциальным барьером) принимает стационарное значение. При этом полный ток через р – п - переход равен нулю. Если к ЭДП приложить электрическое напряжение U, то равновесие нарушится. При обратном смещении (положительный потенциал приложен к п -области) потенциальный барьер для основных носителей возрас-тает, вследствие чего ток через переход за счет основных носителей уменьшается до нуля.

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою р – п - перехода. Под пробоем понимают явление резкого возрастания тока через переход, вызванное увеличением числа подвижных носителей заряда в этой области. Различают два вида пробоя: электрический и тепловой.

В случае прямого смещения (поло-жительный потенциал приложен к р - области) потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается. Основные носители заряда пересе-кают ЭДП, образуя прямой ток че-рез переход, который может дости-гать значительной величины. Этот процесс называют инжекцией но-сителей. Прямой ток через ЭДП устанавливается не мгновенно из-за инертности.

На рисунке приведена вольтамперная характеристика ЭДП, на которой различают прямую ветвь (1-й квадрант) и обратную ветвь (3-й квадрант).

Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковым диодом называют электропреобразователь-ный прибор с двумя выводами, использующий свойства ЭДП. Раз-личают плоскостные и точечные полупроводниковые диоды. В пло-скостных диодах граница между областями полупроводника пред-ставляет собой плоскость соприкосновения, в точечных диодах по-лупроводник контактирует с металлической иглой (ЭДП полупро-водник – металл).

П ромышленность выпускает следующие типы полупроводнико-вых диодов.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования пе-ременного тока в постоянный. В качестве основных материалов ис-пользуются кремний и германий. Прямое напряжение и рабочая те-мпература кремниевых диодов выше, чем германиевых. Частотные характеристики лучше у германиевых диодов. Диапазон прямых то-ков и допустимых обратных напряжений диодов весьма широк.

Светодиоды – приборы, которые излучают свет при прохожде-нии через них прямого тока.

Высокочастотные диоды предназначены для использования в качестве ключевых элементов в импульсных схемах. Для диода сос-тояние «включено» соответствует прямому смещению р – п – пере-хода, состояние «выключено» - обратному. Слабая зависимость напряжения от тока в области электрического пробоя используется для стабилизации напряжения с помощью полупроводниковых диодов – стабилитронов. Основным параметром этих диодов является напряжение стабилизации.

Туннельные диоды используются в схемах генераторов и усили-телей СВЧ-диапазона, в быстродействующих ключевых и импульс-ных схемах.

Фотодиоды используются в качестве приемников светового из-лучения. Очень широко используется комбинация светодиод – фо-тодиод, конструктивно объединенная в одном приборе, называемом оптроном или оптопарой, и служит для идеальной гальванической развязки управляющих и нагрузочных цепей.

Условные графические обозначения диодов и их разновидностей: