Полупроводниковые приборы

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Рисунок 1 - Структурная схема полупроводникового диода с р-n-переходом:

1 — кристалл; 2 — выводы (токоподводы); 3 — электроды (омические контакты); 4 — плоскость р-n-перехода.

Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии.

Типы диодов по назначению:

· Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

· Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

· Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала

· Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

· Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

· Параметрические

· Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

· Умножительные

· Настроечные

· Генераторные

Типы диодов по частотному диапазону:

· Низкочастотные

· Высокочастотные

· СВЧ (Сверхвысокочастотные)

Типы диодов по размеру перехода:

· Плоскостные

· Точечные

V_ϒ(гамма) - напряжение порога проводимости

При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения - V_ϒ. Это напряжение, при котором p-n-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. V_ϒ у кремниевых приборов примерно 0.7V, у германиевых – около 0.3V.

I_{D_MAX} - максимальный ток через диод при прямом включении

При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока I_{D_MAX}. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

I_OP – обратный ток утечки

При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока I_OP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

P_IV(Peak Inverse Voltage) – Напряжение пробоя

При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя P_IV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

Транзистор— радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается «VT» или «Q». В русскоязычной литературе и документации до 1970-х гг. применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).

По структуре

· Биполярные (n-p-n структуры, «обратной проводимости», p-n-p структуры, «прямой проводимости»)

· Полевые (с p-n переходом, с изолированным затвором)

· Однопереходные

· Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона)

· Многоэммитерные транзисторы

· Баллистические транзисторы

· Одномолекулярный транзистор

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

· маломощные транзисторы до 100 мВт

· транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт

· мощные транзисторы (больше 1 Вт).

Применение транзисторов

Вне зависимости от типа транзистора, принцип применения его един:

· Источник питания питает электрической энергией нагрузку, которой может быть громкоговоритель, реле, лампа накаливания, вход другого, более мощного транзистора, электронной лампы и т. п. Именно источник питания даёт нужную мощность для «раскачки» нагрузки.

· Транзистор же используется для ограничения силы тока, поступающего в нагрузку, и включается в разрыв между источником питания и нагрузкой. То есть транзистор представляет собой некий вариант полупроводникового резистора, сопротивление которого можно очень быстро изменять.

· Выходное сопротивление транзистора меняется в зависимости от напряжения на управляющем электроде. Важно то, что это напряжение, а также сила тока, потребляемая входной цепью транзистора, гораздо меньше напряжения и силы тока в выходной цепи. Таким образом, за счёт контролируемого управления источником питания достигается усиление сигнала.

· Если мощности входного сигнала недостаточно для «раскачки» входной цепи применяемого транзистора, или конкретный транзистор не даёт нужного усиления, применяют каскадное включение транзисторов, когда более чувствительный и менее мощный транзистор управляет энергией источника питания на входе более мощного транзистора. Также подключение выхода одного транзистора к входу другого может использоваться в генераторных схемах типа мультивибратора. В этом случае применяются одинаковые по мощности транзисторы.

Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах. Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.