Устройство, принцип действия и основные характеристики электронных приборов

3.1 Полупроводниковый диод (рисунок 1) представляет собой двухслойную структуру, которая образуется в одном кристалле. Один слой имеет электропроводность n-типа, а другой р-типа. В целом эта структура называется р-n-переходом или электронно-дырочным переходом. Основным свойством электронно-дырочного перехода является его односторонняя электропроводимость.

Рисунок 1 — Полупроводниковый диод: а) полупроводниковая структура диода;

б) условное графическое обозначение; в) вольт - амперная характеристика

При прямом смешении р-n перехода его электрическая проводимость возрастает и через переход проходит ток, сильно зависящий от приложенного напряжения. При обратном смещении р-n-перехода электрическая проводимость перехода уменьшается и электрический ток через него практически не проходит.

Стабилитрон

Полупроводниковый диод с обратно смещенным р-n-переходом, у которого при сравнительно малых изменениях обратного напряжения в области, близкой к напряжению пробоя, резко увеличивается обратный ток, называют стабилитроном (рисунок 2). Он используется при создании стабилизаторов напряжения.

Рисунок 2 — Полупроводниковый стабилитрон: а) условное графическое обозначение; б) вольт - амперная характеристика

Варикап

Варикапом называют полупроводниковый диод с обратно смещенным p-n-переходом, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости для электронной настройки частотно-избирательных цепей (рисунок 3).

 

Рис.3. Полупроводниковый варикап: а) условное графическое обозначение;

б) вольт - фарадная характеристика

Полупроводниковые триоды (транзисторы) подразделяются на биполярные и полевые.

Биполярный транзистор

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами (рисунок 4). Он имеет трехслойную структуру n-р-n- или р-n-р-типа. Средняя область между двумя р-n-переходами называется базой. Толщина ее делается достаточно малой. Соседние области называются эмиттером и коллектором. Соответственно р-n-переход эмиттер-база называется эмиттерным, а переход база-коллектор – коллекторным.

Рисунок 4 — Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение биполярных транзисторов: а) p-n-p -типа; б) n-p-n -типа

3.5 Полевой транзистор

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, сопротивление которого изменяется под действием поперечного электрического поля, создаваемого прилегающим к проводящему объему полупроводника управляющим электродом (затвором). Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим p-n-переходом (рисунок 5) и изолированным затвором (рисунок 6).

Рисунок 5 — Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n-переходом: а) с каналом n-типа; б) с каналом р-типа

Рисунок 6 — Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение полевого транзистора с изолированным затвором: а) с встроенным каналом; б) с индуцированным каналом

В отличие от биполярных транзисторов, в которых управление переносом зарядов осуществляется изменением тока базы, в полевом транзисторе управление током производится изменением управляющего напряжения, регулирующего ширину канала, по которому проходит ток. Область канала, от которой начинается движение носителей, называется истоком, а область, к которой движутся основные носители, – стоком. Управляющая область в приборе, которая охватывает канал, называется затвором. Изменяя напряжение между затвором и истоком, меняют сечение канала.

Тиристор

Многослойные структуры с тремя p-n-переходами называют тиристорами. Их основным свойством является способность находиться в двух состояниях устойчивого равновесия: максимально открытом (с большой проводимостью) и максимально закрытом (с малой проводимостью). По этой причине они выполняют функцию бесконтактного электронного ключа, обладающего односторонней проводимостью. Тиристоры с двумя выводами (двухэлектродные) называются диодными тиристорами (динисторами), а с тремя (трехэлектродные) – или триодными тиристорами (тринисторами), или симметричными тиристорами (симисторами), если они способны проводить ток в обоих направлениях(рисунок 7).

 

Рисунок 7 — Тиристоры: полупроводниковая структура: а) диодного тиристора (динистора); г) тринистора; ж) симметричного тиристора (симистора); условное графическое обозначение: б) диодного тиристора; д) тринистора; з) симистора; вольт- амперные характеристики: в) диодного тиристора; е) тринистора; и) симистора

К полупроводниковым фотоэлементам относятся: фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор, светодиод (рисунок 8).

Рисунок 8 — Условное графическое обозначение полупроводниковых фотоэлементов: а) фоторезистора; б) фотодиода; в) фототранзистора; г) фототиристора; д) светодиода

Фоторезистором называется полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от освещенности. При увеличении освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается.

Принцип действия фотодиода основан на возрастании обратного тока р-n перехода при его освещении. Фотодиод применяется без дополнительного источника питания, поскольку сам является генератором тока, причем сила тока пропорциональна освещенности.

В фототранзисторе р-n переход коллектор-база представляет собой фотодиод.

Светодиоды излучают свет при прохождении через них прямого тока. Яркость свечения пропорциональна прямому току.

Если в одном корпусе совместить светодиод и фоточувствительный элемент, например фототранзистор, то входной ток можно преобразовать в выходной с полным гальваническим разделением цепей. Такие оптоэлектрические элементы называют оптронами.

 

Контрольные вопросы

1. Что изучает электроника?

2. Какие устройства называются электронными?

3. Какие устройства называют полупроводниковыми?

4. Какие устройства называют ионными?

5. На какие классы разделяют электронные устройства по принципу работы? Охарактеризуйте каждый из классов.

6. На какие группы подразделяют электронные устройства в зависимости от функционального назначения? охарактеризуйте каждую из групп

7. Как работает диод? Какой вид имеет его вольт-амперная характеристика?

8. Как устроен и как работает биполярный транзистор?

9. Как работает полевой транзистор? Чем он отличается от биполярного транзистора?

10. Как называются и для чего служат выводы биполярного и полевого транзисторов?