Полупроводниковый диод (вентиль)

- представляет собой контактное соединение двух полупроводников, один из которых с дырочной, а другой с электронной проводимостью.

Так как между областями р- и n-типов значительная разница в концентрации дырок и электронов, происходит диффузия дырок в область n, а электронов в область р. В тонком пограничном слое п.п. n-типа возникнет положительный заряд, а р-типа отрицательный заряд. Между зарядами возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле Еп, которое препятствует дальнейшему диффузному перемещению основных носителей.

Так на границе двух полупроводников возникает слой обладающий большим сопротивлением. Этот слой называют запирающим слоем или р-n-переходом.

Вследствие теплового движения в электрическое поле р-n-перехода попадают неосновные носители заряда.

Движение неосновных носителей заряда под действием сил поля р-n-перехода направлено встречно диффузионному току основных носителей и называется дрейфовым или тепловым током.

При отсутствии внешнего поля дрейфовый ток уравновешивается диффузионным и суммарный ток через р-n-переход равен нулю.

Соединим плюс источника с полупроводником n-типа, а минус – с р-типа, получим внешнее поле направленное согласно полю р-n-перехода Ев и усиливающее его. Через диод будет проходить малый обратный ток.

При изменении полярности источника питания внешнее поле будет направлено встречно полю р-n-перехода. В цепи установится прямой ток, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении питания.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение полупроводникового диода.

2. Как возникает электрическое поле в диоде.

3. Дайте определение дрейфового тока.

Транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумяр-n-переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластинку кремния или германия состоящую из трех областей.

Две крайние области всегда имеют одинаковый тип проводимости, а средняя – противоположный. Отсюда два типа транзисторов р-n-р или n-р-n.Физические процессы, происходящие в транзисторах двух типов, аналогичны, различие заключается в полярности включения источников питания.

Смежные области, отделенные друг от друга р-n-переходами, называются эмиттер, коллектор и база.

Эмиттер – область, испускающая носители зарядов.

Коллектор – область, собирающая носители зарядов.

База - средняя область (основание).

К эмиттеру прикладывается напряжение эмиттер-база в прямом направлении, а к коллектору (база-коллектор) - в обратном.

Под действием электрического поля большая часть носителей зарядов из эмиттера через р-n-переход переходит в очень узкую базу (инжекция). В базе незначительная часть носителей зарядов, перешедших из эмиттера объединяется со свободными носителями зарядов противоположной полярности, убыль которых пополняется новыми носителями из внешней цепи, образующими ток базы.

Большая часть носителей зарядов приблизится ко второму р-n-переходу и втягивается в коллектор (экстракция), увеличивая ток коллектора. Если увеличить напряжение эмиттер-база, то увеличится ток эмиттера и ток коллектора. Iэ=Iб+Iк.

Транзистор может находится в трех состояниях:

· заперт – если потенциал базы равен или меньше потенциала эмиттера (режим отсечки);

· открыт - выше потенциала эмиттера, при этом транзистор реагирует на изменение потенциала базы;

· насыщен – наступает момент, когда увеличение напряжения базы не приводит к увеличению тока коллектора.

Возможны три схемы включения: с общим эмиттером, с общим коллектором, с общей базой.

Усиление сигнала с помощью транзистора.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение транзистора.

2. Дайте определение эмиттера.

3. Дайте определение коллектора

4. Дайте определение базы.

5. В каких состояниях может находиться транзистор?

Тиристор

Тиристор - полупроводниковый прибор, получаемый при объединении четырех полупроводниковых зон с разным типом проводимости.

Крайние области называются анодом (р-область) и катодом (п-область), две промежуточные области называются п-база и р-база. Тиристор имеет три р-п-перехода П1, П2, П3.

Анодное напряжение включено так, что переходы П1 и П3 работают в прямом направлении, П2 – в обратном.

При включении анодного напряжения сопротивление обратного р-п-перехода П2 велико и через тиристор ток не проходит.

1. При увеличении анодного напряжения оно достигнет некоторого определенного значения, которое называется напряжением переключения и в переходе П2 напряженность электрического поля станет достаточной для ионизации и образования новых носителей заряда (электрон-дырка). Сопротивление перехода резко сокращается и тиристор открывается.

2. Если на р-базу подать управляющий импульс, то, как в транзисторе, электроны из катода пройдут через р-базу и попадут в п-базу, в которой будет наблюдаться избыток электронов. В результате возникает встречное движение дырок из р-области анода, которые проходят в р-базу и вызывают дополнительное движение электронов из п-области катода. Развивается лавинообразный процесс, и ток в цепи резко возрастает. При прекращении управляющего импульса, ток в цепи не изменяется и прекращается после отключения анодного напряжения.

Используется тиристор как переключающее устройство.

Тиристоры очень мощные устройства, они могут переключать цепи, токи в которых достигают сотен и даже тысяч ампер, напряжения могут быть до нескольких тысяч вольт.