Реферати українською » Радиоэлектроника » Напівпровідникові прилади


Реферат Напівпровідникові прилади

Страница 1 из 2 | Следующая страница

    Техніка напівпровідникових приладів стала самостійної областю електроніки. Заміна електронних ламп напівпровідниковими приладами успішно здійснена у багатьох радіотехнічних пристроях.

    На всьому протязі розвитку радіотехніки широко застосовувалися кристалічні детектори, які становлять напівпровідникові выпрямители для струмів високої частоти. Для випрямлення постійного струму електричної мережі використовують купроксные і селеновые напівпровідникові выпрямители. Але вони непридатні для високих частот.

   Ще 1922 р. співробітник Нижегородської радіо лабораторії О.В. Лосев отримав генерування електричних коливань з допомогою кристиллического детектора і сконструював приймач “Кристадин”, у якому з допомогою генерації власних коливань виходило посилення прийнятих сигналів. Він мав значно більшу чутливість, ніж звичайні приймачі з кристалічними детекторами. Відкриття Лосєва, на жаль, не набуло належного розвитку на наступні роки. Напівпровідникові триоды, отримали назви транзисторів, запропонували в 1948 р. американські вчені Бардин, Браттейн і Шоклі.

  У порівняні з електронними лампами у напівпровідникових приладів наявні істотні гідності:

1. Малий вага і малі розміри.

2. Відсутність витрати енергії на розпал.

3. Великий термін їхньої служби (до десятків тисяч годин).

4. Велика механічна міцність (стійкість до трясці, ударам й інших видах механічних перевантажень).

5. Різні устрою (выпрямители, підсилювачі, генератори) з напівпровідниковими приладами мають високий ККД, оскільки втрати енергії лише у приладах незначні.

6. Маломощные устрою з транзисторами можуть працювати у низьких що живлять напругах.

  Разом про те напівпровідникові прилади нині мають такими вадами:

1. Параметри і характеристики окремих примірників приладів такого типу мають значний розкид.

2. Властивості приладів сильно залежить від температури.

3. Робота напівпровідникових приладів різко погіршується під впливом радіоактивного випромінювання.

тощо.

  Транзисторы можуть працювати майже переважають у всіх пристроях, у яких застосовуються вакуумні лампи. Нині транзистори успішно застосовують у підсилювачах, приёмниках, передавачах, генераторах, вимірювальних приладах, імпульсних схемах та у багатьох інших пристроях.

Види провідності

 

Полупроводники є речовини, які через свої удільної електричної провідності займають середнє місце між провідниками і диэлектриками. У середовищі сучасних напівпровідникових приладах широко використовується такі напівпровідники, як германій, кремній, селен, арсенід галію та інших.

Для напівпровідників характерний негативний температурний коефіцієнт електричного опору. При зростанні температури опір напівпровідників зменшується, а чи не збільшується, як більшість твердих провідників. З іншого боку, електричне опір напівпровідників залежить від кількості домішок в напівпровідників дуже залежить про такі зовнішніх впливів, як вийшов, електричне полі, іонізуюче випромінювання та інших.

   Принципи роботи напівпровідникових діодів і транзисторів пов'язані про те, що у напівпровідниках існує електропровідність два види. Також, як і метали, напівпровідники мають електронної електропровідністю, яка обумовлена переміщенням електронів провідності. При звичайних робочих температурах в напівпровідниках завжди є електрони провідності, які дуже слабко зв'язані з ядрами атомів й роблять безладне теплової рух між атомами кристалічною грати. Ці електрони під впливом різниці потенціалів можуть одержати додаткове спрямування певному напрямку, що електричним струмом. Полупроводники мають також дырочной электропроводимостью, яка зокрема у металах. Відсутність електрона в атомі напівпровідника, тобто. його присутність серед атомі позитивного заряду, назвали діркою. Цим підкреслюють, що у атомі бракує одного електрона, тобто. виникала вільне місце. Дірки ведуть як елементарні позитивні заряди.

   Электронно-дырочный перехід

Область за українсько-словацьким кордоном двох напівпровідників з різними типами електропровідності називається электронно-дырочным чи р-n переходом. Электронно-дырочный перехід має здатність несиметричною провідності, тобто. є нелінійне опір. Робота майже всіх напівпровідникових приладів, застосовних в радіоелектроніки, полягає в використанні властивостей однієї чи кількох p-n переходів.


  Нехай зовнішнє напруга відсутня (мал.1). Оскільки носії заряду у кожному полупроводнике роблять безладне теплове рух, тобто. мають деякі теплові швидкості, те й відбувається їх дифузія (проникнення) вже з напівпровідника на другий. Як і будь-якому разі дифузії, приміром що спостерігається в гази та рідинах, носії переміщаються звідти, де з їхніми концентрація велика, туди, де з їхніми концентрація мала. Отже, з напівпровідника n-типа в напівпровідник p-типа дифундують електрони, а напрямку з напівпровідника p-типа в напівпровідник n-типа дифундують дірки. Це диффузионное переміщення носіїв показано малюнку 1 суцільними стрілками. Через війну дифузії носіїв з обох боків кордону розділу двох провідників з різними типом електропровідності створюються об'ємні заряди різних знаків. У сфері n виникає позитивний об'ємний заряд. Він освічений позитивно зарядженими атомами донорной домішки і які пройшли у цю область дірками. Так само у сфері p виникає негативний об'ємний заряд, освічений негативно зарядженими атомами акцепторной домішки і які прийшли сюди електронами. На рисунке1 спрощення носії і атоми домішок зображена тільки у сфері переходу.

  Між утвореними об'ємними зарядами виникають так звана контактна різницю потенціалів U = і електричне полі. Напрям вектора напруженості цього поля Є показано на рисунке1.Перемещение неосновних носіїв зарядів під дію поля, зване дрейфом носіїв. Щосекунди з-за кордону в протилежних напрями дифундує певну кількість електронів і дірок, а під впливом поля таку ж їх кількість дрейфує у напрямі.

    Переміщення носіїв з допомогою дифузії називають дифузійною струмом, а рух носіїв під впливом поля є струм провідності. У що встановилася режимі, тобто. при динамічній рівновазі переходу, ці струми протилежні в напрямі. Тому повний струм через перехід нульовий, що й має бути за відсутності зовнішнього напруги.

 Полупроводниковый діод.

 

  Электронно-дырочный перехід є напівпровідниковий діод.

Нелинейные властивості діода видно під час розгляду його вольтамперной характеристики. Приклад такий характеристики для діода невеличке потужності дано на мал.2. Вона показує що прямий струм кілька десятків міліампер виходить з прямою напрузі порядку десятих часткою вольта. Тому пряме опір має величину не вище десятків ом. Для потужних діодів прямий струм становить сотні

міліампер і більше в такому ж малому напрузі, а R відповідно знижується до одиниць ом і від.

  Ділянка характеристики протилежного струму, малого проти прямим струмом, зазвичай показують: у іншому масштабі, як і зроблено малюнку вище. Зворотний струм при зворотному напрузі до сотень вольт у діодів невеличкий потужності становить лише одиниці чи кільканадцять микроампер. Це відповідає зворотному опору до сотень килоом і більше.

  Напівпровідникові діоди поділяються за багатьма ознаками. Передусім слід розрізняти точкові, площинні і полікристалічні діоди. У точкових діодів лінійні розміри, що визначають площа p-n переходу, такої ж порядку як товщина переходу, менше її. У площинних діодів ці розміри значно більше товщини переходу.

  Точечные діоди мають малу ємність p-n переходу і тому застосовуються будь-яких частотах до НВЧ. Але можуть пропускати струми трохи більше одиниць чи навіть кількох десятків міліампер. Плоскостные діоди залежно від площі переходу мають місткістю десятки пикофарад і більше. Тому і застосовують на частотах трохи більше десятків кілогерц. Допустимий струм в площинних диодах буває від десятків міліампер до сотень ампер і більше.

   Основою точкових і площинних діодів є платівки напівпровідника, вирізані з монокристала, який у всьому своєму обсязі правильне кристалічний будова. Як напівпровідникових речовин для точкових і площинних діодів застосовують найчастіше германій і кремній, а останнім часом ще й арсенід галію і карбід кремнію.

    Поликристаллические діоди мають p-n перехід, освічений напівпровідниковими верствами, які з великої кількості кристалів малого розміру, різна орієнтованих друг щодо одного й тому що становлять єдиного монокристала. Ці діоди бувають селеновыми, меднозакисные (купроксные) і титанові.

Принцип устрою точечної діода показаний малюнку 3(а). У ньому тонка загострена проволочка(игла) із нанесеною її у домішкою приваривается з допомогою імпульсу струму до платівці напівпровідника з певним типом электоропроводности. У цьому з голки в основний напівпровідник дифундують домішки які створюють на ньому область з іншим типом провідності. Це процес зв. формовкой діода. Отже, близько голки виходить міні p-n перехід полусферической форми. Отже, принципової різниці між точковими і плоскостными диодами немає. Останнім часом з'явилися ще звані мікро площинні чи


микросплавные діоди, які мають кілька більшої площині p-n перехід, ніж точкові диоды(б).


  Плоскостные діоди виготовляються, переважно, методами сплавления дифузії. Наприклад малюнку 4.а) показаний принцип устрою сплавного германієвого діода. У платівку германію n-типа вплавляют за нормальної температури близько 500 градусів краплю індію, яка сплавляючись з германием, утворює шар германію p-типа.

Область з електропровідністю p-типа має як високу концентрацію домішки, нежли основна платівка порівняно высокоомного германію, і тому є эмитером. До основний платівці германію і до індію припаиваются вивідні зволікання, зазвичай з нікелю. Якщо за вихідний матеріал взятий высокоомный германій p-типа, то нього вплавляют сурму і тоді виходить эмитерная область n-типа.

  Слід зазначити, що сплавним методом отримують звані різкі чи ступінчасті p-n переходи, у яких товщина області зміни концентраци домішок значно менше товщини області чималеньких за обсягом зарядів, що у переході.

 

Типи діодів.

  За призначенням напівпровідникові діоди поділяються на выпрямительные діоди малої, середньої та великої потужності, імпульсні діоди і напівпровідникові стабилитроны.

  Выпрямительные діоди малої потужності. До них належать діоди, що їх промисловістю на прямий струм до 300мА. Справочным параметром выпрямительных діодів малої потужності є припустимий выпрямительный ток(допустимой середнє прямого тока),который визначає заданому діапазоні температур дозволене середнє у період значення довго що протікають через діод імпульсів прямого струму синусоидальной форми при паузах в 180 (напівперіод) й частоти 50 гц. Максимальне зворотне напруги цих діодів лежать у діапазоні від десятків до 1200В.

Выпрямительные діоди середньої потужності. До цього типу ставляться діоди, дозволене середнє прямого струму яких лежать у межах 300мА-10мА. Великий прямий струм цих проти малопотужними диодами досягається збільшенням розмірів кристала, зокрема робочої площі p-n переходу. Диоды середньої потужності випускаються переважно кремнієвими. У зв'язку з цим зворотний струм цих діодів при порівняно великій площині p-n переходу досить мал(несколько десятків микроампер). Теплота, що виділятимуться в кристалі від перебігу прямого й протилежного струмів в диодах середньої потужності, не то, можливо розсіяна корпусом приладу.

Потужні (силові) діоди. До даному типу ставляться діоди на струми від 10А і від. Промисловість випускає силові діоди на струми 10,16,25,40 тощо. і зворотні напруги до3500 У. Силові діоди мають градацію за частотою охоплюють частотний діапазон до десятків кілогерц.

  Потужні діоди виготовляють з кремнію. Кремниевая платівка з p-n переходом, створюваним дифузійною методом, для таких діодів є диск діаметром 10-100мм і завтовшки 0,3-0,6 мм.

    Транзистор.

  Транзистор, чи напівпровідниковий триод, будучи керованим елементом, знайшов широке використання у схемах посилення, соціальній та імпульсних схемах. Відсутність напруження, малі габарити і вартість, висока надійність- такі переваги, внаслідок чого транзистор витіснив із більшості областей техніки електронний лампи.

  Біполярний транзистор є трехслойную напівпровідникову структуру з чередующимися типом електропровідності верств населення та містить два p-n переходу. Залежно від чергування верств існують транзистори типів p-n-p і n-p-n (малюнок 5). Їх умовне позначення на електронних схемах показано тому ж малюнки. Як вихідний матеріал щоб одержати тришаровій структури використовують германій і кремній.

  Трехслойная транзисторная структура створюється по сплавний чи дифузійної технології, через яку виконується і двухслойная структура проводниковых діодів. Трехслойная транзисторная структура типу p-n-p, виконана по сплавний технології Пластина напівпровідника n-типа є необхідною підставою, базою конструкції. Два зовнішніх p-слоя створюють у результаті дифузії у яких акцепторной домішки при сплавці з певним матеріалом. Одне з верств називається эмитерным, а інший- коллекторным . Також називаються і p-n-переходы створювані цими верствами зі шаром бази, і навіть зовнішні висновки від цих коштів верств.

  Функція эмиттерного переходу – инжектирование (эмитирование) носіїв заряду до бази, функція коллекторного переходу – збір носіїв заряду, минулих через базовий шар. Щоб носії заряду, инжектируемые эмиттером і проходить через базу, повніше збиралися колектором, площа коллекторного переходу.


  У транзисторах типу n-p-n функції всіх трьох верств населення та їхніх назв аналогічні, змінюється лише тип носіїв заряду, проходить через базу: в приладах типу p-n-p –


це дірки ,в приладах типу n-p-n –це електрони

Полупроводниковая структура транзистора типів p-n-p і n-p-n


Існують три способу включення транзистора: із загальною базою (ПРО), із загальним эмиттером (ОЕ), й загальним колектором (ОК). Різниця у засобах включення залежить від цього, який із висновків транзистора є спільною для вхідний і вихідний ланцюгів. У схемою ПРО загальної точкою вхідний і вихідний ланцюгів є база, у схемі ОЕ- эмиттер, у схемі ОК – колектор.

  Через те, що статичні характеристики транзистора в схемах ОЕ чи ОК приблизно однакові, розглядаються характеристики лише двох способів включення : ПРО чи ОЕ.

     Уявлення транзистора схемою заміщення (еквівалентній схемою) необхідне проведення розрахунків ланцюгів з транзисторами. Особливо цікава схема заміщення в фізичних параметрах, де всі її елементи пов'язані з внутрішніми (фізичними) параметрами транзистора. Використання такий схеми заміщення створює зручність і наочність під час аналізу впливу параметрів приладу на показники схем з транзисторами.

      Нижче розглядаються схеми заміщення транзисторів ПРО і ОЕ для змінних складових струмів і напруг стосовно розрахунку схем з транзисторами, які

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація