При смещении p-n перехода в обратном направлении начинает сказываться сопротивление утечки p-n перехода, обусловленное токами, возникающими на поверхности p-n перехода.

Билет№1 Полупроводниковые приборы диоды, транзисторы, тиристоры и их разновидности: классификация, условно-графические обозначения и система обозначения.

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим эл. Переходом и двумя внешними выводами, в которых используется то или иное свойство выпрямляющего перехода.

Диод представляет собой пассивный нелинейный элемент. На условном графическом обозначении направление стрелки диода совпадает с направлением прямого тока.

В качестве выпрямляющего эл перехода может быть электронно-дырочный переход, гетеропереход или контакт металл-полупроводник.

На основе p-n переходов изготовляют различные типы диодов.

Полупроводниковый диод – прибор, имеющий два вывода, присоединённых к p-n переходу.

Наиболее часто используются выпрямительные диоды. Они предназначены для выпрямления переменного тока, т.е. превращения переменного тока в постоянный. При этом через выпрямительные диоды протекают достаточно большие токи, поэтому p-n переходы в таких диодах имеют сравнительно большую площадь.

Вольтамперные характеристики выпрямительных диодов отличаются от аналогичных характеристик идеальных p-n переходов (рис.2.11). В области прямого смещения p-n перехода это отличие состоит в том, что при больших токах начинает сказываться собственное сопротивление слоёв p и n полупроводников, т.е. при больших токах наклон характеристики I_Д=f(U_Д) определяется сопротивлением того слоя проводника, который обладает большим сопротивлением. Этот слой полупроводника обычно называется базой диода.

Рис.2.11. Вольтамперные характеристики идеального p-n перехода и реального диода.

При смещении p-n перехода в обратном направлении начинает сказываться сопротивление утечки p-n перехода, обусловленное токами, возникающими на поверхности p-n перехода.

 

Выпрямительный диод – полупроводниковый диод, в котором используется свойство p-n- перехода – односторонняя проводимость. Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока.

Полупроводниковый стабилитрон – полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя на обратной ветви ВАХ p-n-перехода слабо зависит от тока. Он служит для стабилизации напряжения.

Транзистор – активный компонент, имеющий 2 p-n перехода и способный усиливать сигнал по мощности за счет внешнего источника питания.

Со стрелкой Эмитер, слева База, без стрелки Коллектор.

Классификация: биполярные (носители электроны и дырки), униполярные ( носители электроны) (бывают полевые и МОП (металл оксид полупроводник)).

Так же делятся на: 1) низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

2). По мощности : малой, средней и большой мощности.

 Существует 4 режима работы транзистора:

1) U_EB<0 & U_KB<0 => насыщение

2) U_EB>0 & U_KB>0 => отсечка

3) U_EB<0 & U_KB>0 => активный

4) U_EB>0 & U_KB<0 => инверсный

Транзистор нельзя однозначно заменить двумя диодами. Т. к. из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбенирует в базе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы i_B. => i_B<<i_E.

 

Билет №2 Структура и принцип работы биполярного транзистора n-p-n.

Транзисторы – активные компоненты, широко используемые в электронных устройствах. Рассмотрим устройство и принцип действия кремниевого биполярного транзистора n-p-n типа. При его изготовлении обеспечивается последовательное соединение трёх областей примесного полупроводника, как это показано на рис.2.21а. Левая n-область полупроводника называется эмиттерной (она эмиттирует электроны), правая n-область называется коллекторной (она собирает электроны), а средняя область называется базовой (она является общей для эмиттерной и коллекторных областей полупроводника). Соответственно выводы из этих областей называются эмиттером, коллектором и базой транзистора.

Рис.2.21.Структура биполярного транзистора n-p-n типа а), его упрощённая эквивалентная схема для большого сигнала б), условное обозначение в электрических схемах в).

Приведённая на рис.2.21б упрощённая эквивалентная схема транзистора, состоящая из двух диодов, отнюдь не означает, что транзистор можно изготовить, соединив встречно два диода. Такая структура из двух диодов не будет обладать свойством активного прибора. Изобретение американским учёным Шокли и его коллегами в 1948 году биполярного транзистора (это изобретение по многим опросам уверено входит в пятёрку самых выдающихся изобретений ХХ века) состояло в том, что два p-n перехода удалось соединить в один прибор при выполнении одновременно двух условий:

1.Проводимость эмиттерной области была существенно больше проводимости базовой области, т.е. концентрация электронов в эмиттерной зоне была много больше концентрации дырок в базовой зоне.

2.Толщина базовой области, т.е. расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами транзисторов было достаточно малым (в современных биполярных транзисторах оно порядка 1 мкм).

Совпадение двух названных условий позволило создать биполярный транзистор – активный прибор, обеспечивающий получение на выходе электрического сигнала большего по мощности, чем входной.

      Особенностью транзистора является то, что между переходами существует взаимодействие – ток одного из переходов может управлять током другого. Такое управление возможно, потому что носители заряда, инжектированные через один из электронно-дырочных переходов, могут дойти до другого перехода, находящегося под обратным напряжением и изменить его ток. Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы ТР.

1)режим отсечки - оба перехода закрыты, при этом через ТР идёт сравнительно небольшой ток;

2)режим насыщения – оба перехода открыты;

3)активный режим – один из переходов открыт, а другой закрыт.

В режиме отсечки и режиме насыщения управление ТР почти отсутствует.

В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причём ТР может выполнять функции активного элемента электрической схемы (усиление, генерирование, переключение и тп).

Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном обратное, то включение ТР считают нормальным, при противоположной полярности – инверсным.