Электронно-дырочный переход.

Электронно-дырочный переход.

При соединении материалов с электронной и дырочной проводимостью, пограничные электроны пересекают границу, занимая места дырок (а их места занимают дырки), и образуя устойчивый запирающий слой, который называется р-n переход.

Прим. На самом деле э лектронно-дырочный переход получают не простым соединением полупроводников с разным типом проводимости, а введением соответствующих примесей различными технологическими способами в левую и правую части исходного чистого кристалла. Для полупроводниковых приборов используют монокристаллы кремния и германия, имеющие высокую степень чистоты.

Если приложить напряжение полярностью, совпадающей с полярностью запирающего слоя (т.е. «+» к n – области, а «–» к р – области), то запирающий слой будет «расти», препятствуя движению электронов к «плюсу» т.е. прохождению тока. Такое включение называют обратным.

При изменении полярности, т.е. если она не совпадает с полярностью запирающего слоя («+» к р-области, «–» к n -области), запирающий слой будет «таять», переставая быть препятствием для тока. Такое включение называют прямым.

Таким образом, р – n переход обладает односторонней проводимостью, т.е. пропускает ток в одном направлении и не пропускает – в противоположном.

Прим. На самом деле, из-за неоднородности структуры, даже в отсутствие примесей в полупроводниках имеется малое количество неосновных свободных электронов и дырок, поэтому небольшой обратный ток есть, но обычно им можно пренебречь.

Полупроводниковые диоды

Диодом называется полупроводниковый прибор с одним р – n-переходом и двумя выводами. Эти выводы называют анод и катод. По конструктивному принципу диоды разделяют на точечные и плоскостные. Точечные рассчитаны на токи до нескольких сотен миллиампер, а плоскостные – до нескольких ампер, в том числе силовые (от 10 до 2000 А). Силовые диоды называются вентили.

Прим. Маркировка диодов.

Маркировка полупроводниковых диодов, рассчитанных на сравнительно небольшие токи (до 10 А) состоит из шести буквенных и цифровых элементов:

· первый элемент обозначает исходный материал: К или 2 – кремний; Г или 1 – германий; А или 3 - арсенид галлия.

· второй буквенный элемент обозначает тип прибора: Д – диоды выпрямительные; А – сверхвысокочастотные диоды; В – варикапы; И – туннельные диоды; С – стабилитроны; Л - светодиоды.

· третий, четвертый, пятый элементы – цифры, характеризующие некоторые электрические параметры прибора, в частности мощность рассеяния.

· шестой элемент – буква (от А до Я), обозначающая последовательность разработки.

Полупроводниковые диоды, рассчитанные на токи от 10 А до 2000 А и более часто называют силовыми неуправляемыми вентилями и маркируют буквой В (вентиль), после которой проставляется число, указывающее значение прямого номинального тока. В качестве силовых, в основном используют кремниевые диоды, которые делятся на группы, классы и подклассы.

 

Вместо понятия напряжения пробоя U_пр. обычно используют понятие U_заг.(напряжение загиба ВАХ), так как напряжение пробоя всегда чуть больше напряжения загиба. Напряжение загиба – это максимальное напряжение цепи, которое выдерживает вентиль не пробиваясь. Класс диода (вентиля) определяют по значению допустимого напряжения отношением . Допустимое напряжение – это максимальное напряжение цепи, в которую может быть поставлен данный вентиль. Т.е. для определения класса вентиля в значении допустимого напряжения мысленно убирают две последние цифры, тогда оставшееся число показывает класс вентиля. Класс вентиля показывает количество сотен Вольт допустимого напряжения.

Допустимое напряжение принимается для обычных диодов равным половине напряжения загиба, а для лавинных диодов 0.7 U_заг.

Пример. Если напряжение загиба обычного вентиля составляет 850 В, то допустимое напряжение – 425В, т.е. класс вентиля – 4.

Прим. по назначению диоды разделяются на следующие:

· выпрямительные диоды (как разновидность выпрямительных – силовые), которые предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (рис. 8.3, а). В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие выпрямительные токи;

· высокочастотные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот, а также для детектирования. В качестве высокочастотных диодов применяют диоды точечной конструкции;

· импульсные диоды, которые применяют в схемах генерирования и усиления импульсов микросекундного и наносекундного диапазонов;

· туннельные диоды (рис. 8.3, в), применяемые в качестве усилителей и генераторов высокочастотных колебаний;

· светодиоды (рис. 8.3, е), которые используют в качестве световой индикации наличия тока и которые имеют разные цвета свечения;

· стабилитроны (рис. 8.3, б), предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через них тока;

· варикапы (рис. 8.3, г) – полупроводниковые диоды, емкость которых можно изменять в широких пределах;

· фотодиоды (рис. 8.3, д), которые являются источниками тока, преобразующими световую энергию в электрическую, причем сила тока пропорциональна освещенности фотодиода.

Транзисторы

Тиристоры

Тиристор – это полупроводниковый прибор, имеющий 4-х слойную структуру р-n-p-n с тремя р- n - переходами, соответственно П1, П2 и П3. Каждый p-n переход можно представить эквивалентно в виде диода.

Тиристор, имеющий 2 вывода (Анод, Катод), называется динистором. При подаче прямого напряжения на динистор, ток через него не пойдет из- за большого сопротивления перехода П2. Но при увеличении напряжения до величины, равной напряжению включения, переход П2 пробивается, сопротивление динистора резко уменьшается и через него проходит значительный ток. Далее динистор работает как обыкновенный диод.

Тиристор, имеющий 3 вывода, называется тринистором (так как тринисторы чаще всего используются в схемах, то их и называют тиристорами). Третьим выводом тиристора является управляющий электрод. При подаче импульса напряжения на управляющий электрод тиристор открывается при напряжении значительно меньшим, чем напряжение включение. Практически, при помощи импульса подаваемого на управляющий электрод, тиристор можно открыть при любом прямом напряжении и далее тиристор работает как обыкновенный диод. Поэтому, тиристор еще называют управляемый диод. Подключение управляющего электрода к аноду или катоду (управление по аноду или катоду) учитывается в символе, изображающем тиристор.

Тиристор является полууправляемым прибором. То есть тиристор открывается при помощи импульса напряжения на управляющий электрод, но для его закрытия в цепях постоянного тока требуется специальная схема коммутации.

Электронно-дырочный переход.

При соединении материалов с электронной и дырочной проводимостью, пограничные электроны пересекают границу, занимая места дырок (а их места занимают дырки), и образуя устойчивый запирающий слой, который называется р-n переход.

Прим. На самом деле э лектронно-дырочный переход получают не простым соединением полупроводников с разным типом проводимости, а введением соответствующих примесей различными технологическими способами в левую и правую части исходного чистого кристалла. Для полупроводниковых приборов используют монокристаллы кремния и германия, имеющие высокую степень чистоты.

Если приложить напряжение полярностью, совпадающей с полярностью запирающего слоя (т.е. «+» к n – области, а «–» к р – области), то запирающий слой будет «расти», препятствуя движению электронов к «плюсу» т.е. прохождению тока. Такое включение называют обратным.

При изменении полярности, т.е. если она не совпадает с полярностью запирающего слоя («+» к р-области, «–» к n -области), запирающий слой будет «таять», переставая быть препятствием для тока. Такое включение называют прямым.

Таким образом, р – n переход обладает односторонней проводимостью, т.е. пропускает ток в одном направлении и не пропускает – в противоположном.

Прим. На самом деле, из-за неоднородности структуры, даже в отсутствие примесей в полупроводниках имеется малое количество неосновных свободных электронов и дырок, поэтому небольшой обратный ток есть, но обычно им можно пренебречь.

Полупроводниковые диоды

Диодом называется полупроводниковый прибор с одним р – n-переходом и двумя выводами. Эти выводы называют анод и катод. По конструктивному принципу диоды разделяют на точечные и плоскостные. Точечные рассчитаны на токи до нескольких сотен миллиампер, а плоскостные – до нескольких ампер, в том числе силовые (от 10 до 2000 А). Силовые диоды называются вентили.