Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод — это прибор с 2мя выводами, содержащий один р-п-переход. Основной характеристикой полупроводникового диода является статическая ВАХ, крутизна которой зависит от материала полупроводника и рабочей температуры.

В зависимости от вида исходного материала различают диоды из германия (буквенное обозначение Г), кремния (К) и соединений галлия (А). При одном и том же обратном напряжении обратный ток кремниевого диода во много раз меньше, чем германиевого. В то же время допустимое обратное напряжение кремниевых диодов достигает 1000÷1500 В, а для германиевых диодов эта величина составляет всего 100÷400 В. Диапазон рабочих температур для кремниевых диодов от -60⁰ до +150⁰, для германиевых от -60⁰ до +85⁰.

Основными параметрами диода являются:

постоянное прямое напряжение при заданном постоян прям токе

постоянное обратное напряжение ;

максимальное постоянное прямое напряжение ;

максимальный обратный ток при ;

максимально допустимое постоянное обратное напряжение ;

Диоды применяются для выпрямления переменных токов, детектирования модулированных колебаний, преобразования частоты сигналов, стабилизации напряжения. В зависимости от функционального назначения различают следующие группы полупроводниковых диодов выпрямительные, универсальные, импульсные (Д);выпрямительные столбы и блоки (Ц);сверхвысокочастотные диоды (А);стабилитроны и стабисторы (С);туннельные и обращенные диоды (И);варикапы (В);излучающие диоды (Л);генераторы шума (Г);стабилизаторы тока (К).

а б в г д е ж

а — общее обозначение (диод, вентиль, выпрямительный столб); б — диод туннельный; в — диод обращенный;г — стабилитрон; д — варикап; е — фотодиод; ж — светодиод

Биполярные транзисторы.

В биполярных транзисторах в кристалле проводника создаются три области различного типа проводимости. Две крайние области биполярного транзистора (эмиттер и коллектор) всегда обладают проводимостью одинакового типа, а проводимость средней области (базы) по отношению к ним имеет противоположный тип проводимости. В биполярном транзисторе имеются два р-п-перехода — эмиттерный и коллекторный. Расстояние между ними, равное ширине базы, очень мало, концентрация атомов примеси в базе создается гораздо меньшей, чем в эмиттере. Это позволяет уменьшить вероятность рекомбинации носителей в области базы

При подключении к р-п-р-транзистору источников питания (рис.6.31а) токи в транзисторе распределятся следующим образом. Поскольку к участку эмиттер-база приложено прямое напряжение, то соответствующий переход будет включен в прямом направлении, сопротивление этого перехода мало, значит по нему будет течь прямой ток, обусловленный перемещением основных носителей (дырок) эмиттера в базу и неосновных (электронов) из базы в эмиттер.

а—с общ базой(ОБ);б—с общ эмиттером(ОЭ);в—с общ коллектором(ОК)

Поскольку технологически обеспечена минимальная концентрация носителей заряда (электронов) в базе, количество дырок, проходящих в базу, значительно выше, чем электронов, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, практически весь ток эмиттерного перехода обусловлен движением дырок, и лишь минимальная их часть успевает рекомбинировать в базе, создавая незначительный ток в цепи базы. Для большинства же дырок, попавших в базу, поле коллекторного перехода, созданного источником , является ускоряющим, и дырки успевают пройти тонкий слой базы без рекомбинации и втягиваются в коллекторную область транзистора. Таким образом справедливо такое соотношение токов эмиттера, базы и коллектора: .

Принцип действия п-р-п-транзистора аналогичен приведенному выше, но при включении транзистора этого типа полярность источников питания должна быть противоположна указанной рис а.

Усиление электрического сигнала с помощью транзистора основано на зависимости коллекторного тока от величины напряжения, приложенного к участку эмиттер-база. Упрощенная схема усилителя на транзисторе и графики, поясняющие его работу

При отсутствии переменного сигнала на входе (до момента ) в цепи эмиттера протекает ток , а в цепи коллектора — несколько меньший по величине ток . На сопротивлении током создается падение напряжения . При подаче на вход усилителя переменн напряжения с момента эмиттерный и коллекторный токи становятся пульсирующими. Поэтому на нагрузочном резисторе создастся также пульсирующее напряжение , причем сами пульсации повторят по форме входной сигнал , но их амплитуда будет выше. Далее с помощью разделительного конденсатора из сигнала выделяется его переменная составляющая, которая и является выходным сигналом усилителя . Число, показывающее, во сколько раз напряжение выходного сигнала превышает напряжение входного сигнала, называется коэффициентом усиления по напряжению:

по закону Ома: .Из этого следует, что тр-р усиливает не только напряжение, но и мощность входного сигнала.Коэф усиления по мощности равен Поскольку ток коллектора меньше тока эмиттера, то для рассм. схемы (с общей базой) тр-р не дает усиления по току, т.е. коэффициент передачи тока эмиттера .Усиление сигнала транзистором происходит за счет потребления энергии источников питания, а сам транзистор выполняет лишь функцию «регулятора», который под воздействием слабого входн сигнала, поступающую в цепь с малым входным сопр, изменяет ток в вых цепи, обладающ. большим сопр.

Схемы включения биполярного транзистора. Биполярный транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различными способами (рис.6.31): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общ коллектором (ОК). Из названий схем понятно, какой из электродов является в схеме общ для вх и вых цепей.

Тип схемы	Усиление			Сопротивления
					, Ом	, Ом
ОБ	до 1000	<1	до 1000		единицы	сот.тыс.
ОЭ	>100	10÷100	до 10000		сотни	дес.тыс.
ОК	<1	>10	10		дес.тысяч	сотни

Наиболее часто в усилителях применяется схема ОЭ, в которой нагрузка включается между эмиттером и коллектором.Важнейшим свойством схемы ОЭ является большое усиление по току:

Статические характеристики биполярного транзистора. Транзистор является нелинейным элементом, который классифицируется как активный четырехполюсник. Статические характеристики такого элемента связывают между собой входные и выходные токи и напряжения в зависимости от схемы включения рассматриваемого элемента (транзистора). ВАХ определяются в ненагруженном режиме..

Для схемы ОБ входная хар-ка — это зав-ть при .

а — входные;

б — выходные

Для схемы ОЭ входная хар-ка — это зав=ть при

а — входные;

б — выходные

Динамический режим. Режим работы транзистора с нагрузкой называется динамическим. В этом режиме токи и напряжения на электродах транзистора не являются постоянными, а непрерывно меняются. Характеристики транзистора в динамическом режиме отличаются от статически.

.выражение представляет собой уравнение динамического режима для выходной цепи. Оно однозначно определяет положение нагрузочной прямой на ВАХ транзистора

Д инамический режим работы транзистора в схеме ОЭ:

а—вх характеристики с рабочей точкой А;

б — вых характеристики с рабочей точкой А и нагрузочной прямой

Все промежуточные положения точек на нагрузочной прямой определяют возможные рабочие токи и напряжения схемы с учетом сопротивления нагрузки.

Параметры транзистора. Параметры сопротивлений эмиттера, базы, коллектора и коэффициент усиления по току являются первичными параметрами транзистора. Эти параметры характеризуют транзистор как активный четырехполюсник, их величины не зависят от схемы включения транзистора. Помимо первичных параметров транзистор характеризуется вторичными параметрами, которые для различных схем включения имеют различные значения. Наиболее часто вторичные параметры транзистора представляются как система Н-параметров четырехполюсника с учетом схемы включения:

— входное сопрпри коротком замыкании на выходе;

—коэфф обратн передачи напряжения прихол.ходе на входе;

—коэфф передачи тока от входа к выходу при коротком замыкании на выходе;

— выходная проводимость при холостом ходе на входе.

Кроме указанных параметров указываются такие параметры транзистора, как

обратный ток коллектора ;

емкость коллекторного перехода ;

максимально допустимый постоянный ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер;

максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность.

Транзисторы исключительно широко применяются в различных электронных устройствах. Из всего многообразия транзисторных схем основными являются усилительные, генераторные и переключающие.