Диоды Шоттки – это полупроводниковые приборы, в которых используются свойства потенциального барьера ( барьера Шоттки ) на контакте металл–полупроводник.

В рассматриваемых диодах из-за разной высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок нет инжекции неосновных носителей заряда, нет и таких медленных процессов, как накопление и рассасывание неосновных носителей в базе. В результате инерционность диодов с выпрямлением на контакте металл – полупроводник определяется величиной барьерной ёмкости выпрямляющего контакта (С _бар ≈ 1 пФ). Кроме того, у этих диодов незначительные активные потери (прямое напряжение U _пр ≈ 0,4 В, что на 0,2 В меньше, чем у обычных диодов). ВАХ диодов Шоттки – строгая экспонента (рис 1.7, б).

В связи с тем, что барьерная ёмкость и последовательное сопротивление в таких диодах небольшие, соответственно мало и время перезарядки ёмкости; это даёт возможность использовать диоды Шоттки в качестве сверхскоростных импульсных диодов (f = 3-15 ГГц), например, в некоторых схемах в качестве быстродействующих логарифмических элементов и в мощных низковольтных высокочастотных выпрямителях, в которых диоды способны работать на частотах до 1 МГц при напряжении U _обр = 50 В и токе I _пр = 10 А.

Туннельный диод (диод Ганна) – прибор, содержащий р-п- переход с очень малой толщиной запирающего слоя. Его действие основано на прохождении свободных носителей заряда (электронов) сквозь узкий потенциальный барьер благодаря квантово-механическому процессу туннелирования. При этом на ВАХ диода Ганна возникает участок отрицательного дифференциального сопротивления r _диф = -Δ U /Δ I (рис. 1.7, в).

Отношение токов I _{max/ I min} = 5-10. Это свойство диодов Ганна используют при разработке усилителей, генераторов синусоидальных и релаксационных колебаний, в переключающих устройствах с частотами от 100 МГц до 10 ГГц.

Светодиоды – это излучающие полупроводниковые приборы, предназначенные для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. Излучение испускается через прозрачную стеклянную пластину, размещенную в корпусе диода.

По характеристике излучения светодиоды делятся на две группы:

· диоды (светодиоды), преобразующие электрическую энергию в электромагнитную энергию некогерентного излучения, спектр которого полностью или частично лежит в видимой области, диапазон длин волн которого составляет 0,45-0,65 мкм.

· ИК-диоды с излучением в инфракрасной области спектра

Принцип действия диодов одинаков и базируется на самопроизвольной рекомбинации носителей заряда при протекании прямого тока I _пр через р-п -переход. Светодиоды применяют в качестве световых индикаторов, а ИК-диоды – в качестве источников излучения в оптоэлектронных устройствах

Прямое падение напряжения на светодиодах Δ U ≈ 1,5 В, номинальные токи серийных светодиодов I _пр = 2-20 мА, при прямом и обратном напряжениях 2-3 В (U _обр.max ≤ 5 В

Фотодиод – полупроводниковый прибор с р-п -переходом, принцип действия которого основан на использовании внутреннего фотоэффекта – генерации в полупроводнике под действием квантов света (фотонов) свободных носителей заряда.

Фотодиоды используют для преобразования светового излучения в электрический ток I _обр, значение которого зависит от освещенности. При поглощении квантов света в p-n -переходе или в прилегающих к нему областях кристалла полупроводника образуются новые носители заряда (пары электрон-дырка), поэтому с увеличением светового потока Ф сопротивление p-n -перехода уменьшается, а фототок I _обр через фотодиод возрастает.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор (БТ) – полупроводниковый прибор с двумя р-п -переходами и с тремя (или более) выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции основных носителей заряда.

В транзисторе используются одно  временно два типа носителей заряда: электроны и дырки, отсюда его название – биполярный. Переходы транзистора образованы областями с чередующимися типами проводимостей. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы типа p-n-p и n-p-n. В микроэлектронике, в основном, применяют транзисторы типа n-p-n.

На рис. 1.9 показаны структуры и условные графические обозначения БТ типа p-n-p (а) и n-p-n (б).

Принцип действия биполярного транзистора основан на взаимодействии двух p-n -переходов, что возможно, если толщина b средней области транзистора (базы) меньше длины свободного пробега l (диффузионной длины) носителей заряда в этой области (обычно b << l).

В структуре (рис. 1.9, б) левую n -область, которая будет инжектировать электроны в соседнюю p -область, называют эмиттером (Э), верхнюю n -область, которая в дальнейшем должна экстрактировать (поглощать) находящиеся в соседней p -области электроны, называют коллектором (К), а среднюю область – базой (Б). Примыкающий к эмиттеру p-n -переход называют эмиттерным, а примыкающий к коллектору – коллекторным

Приложим к эмиттерному переходу напряжение U _БЭ > 0, обеспечивающее его прямое смещение а к коллекторному – напряжение U _БК < 0, смещающее его в обратном направлении. В этом случае под действием напряжения U _БЭ из эмиттерной области в базовую инжектируются неосновные для базы носители заряда, в нашем случае это электроны. Инжекцией дырок из области базы в область эмиттера можно пренебречь, так как концентрация N _д >> N а.

Инжектированные электроны должны были бы через базовый вывод возвращаться во внешнюю цепь, как это происходит в диоде. Однако напряжение U _БК создает для них в области базы ускоряющее электрическое поле, и они дрейфуют не к выводу базы, а к коллекторному переходу, экстрактируясь (поглощаясь) n -областью коллектора (поток I _K), так как b << l. Электроны, не достигшие коллекторного перехода, рекомбинируя с основными в области базы зарядами (дырками), создают ток базы (поток I _Б).

Очевидно, что чем жестче выполняется условие b << l, тем меньше поток элек-
­тро­нов базы I _Б и ток I _K ≈ I _Э.

Итак, под действием напряжений U _БЭ и U _К в транзисторе формируются токи I _Э, I _Б и I _К, протекающие через соответствующие его выводыа.

Уменьшение потока электронов через коллекторный переход относительно потока электронов через эмиттерный переход оценивается коэффициентом передачи тока эмиттера α = I _К / I _Э, который в реальных транзисторах α ≈ 0,95-0,99. Ток эмиттера I _Э = I _Б + I_К. Подставляя α в это выражение, получим связь тока базы с током коллектора:

Ток I _К0 называют обратным током коллектора, а отношение β = I _К/_Б= α/(1 – α) – коэффициентом передачи тока базы..

Если базовый ток использовать в качестве управляющего, то в рассмотренной структуре выполняется сформулированное во введении условие: входной сигнал (ток базы) способен изменять по величине ток I _К в выходной цепи, значительно превосходящий входной ток I _Б.

Режимы работы БТ

Основные свойства БТ определяются соотношением токов и напряжений в различных областях его характеристик и взаимным их влиянием друг на друга. Функционирование рассмотренной структуры БТ определяется полярностью приложенных напряжений

Каждый из переходов транзистора – эмиттерный (Б-Э) и коллекторный (Б-К) можно включить либо в прямом, либо в обратном направлениях. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном обратное, то такое включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности напряжений – инверсным.

При этом для транзистора с тремя выводами возможны три схемы включения: с общей базой (ОБ) (а), с общим эмиттером (ОЭ) (б) и с общим коллектором (ОК) (в) (рис. 1.11), основные параметры которых приведены в табл. 1.2.

.

Анализ табл. 1.2 показывает, что наибольшим коэффициентом передачи по напряжению К _u обладает схема с ОЭ. Схема с ОК превосходит схему с ОЭ по коэффициенту передачи по току К _i, но не обладает коэффициентом усиления по напряжению. Поэтому наибольшим коэффициентом усиления по мощности К _р = К _u К _i обладает схема с ОЭ, чаще всего используемая при разработке транзисторных устройств.