Полупроводниковые приборы. Полупроводниковые диоды.... Общая электротехника и основы электроники
 Скачать 1.71 Mb.
|
Общая электротехника и основы электроникиПолупроводниковые приборы. Полупроводниковые диоды. Транзисторы. Тиристоры Электронно-дырочный переход Полупроводниковый диод имеет один р – n - переход и два выводами. Р – n перехода основан на принципе односторонней проводимости. Включение электронно-дырочного перехода в прямом (а) и обратном (б) направлении Условные обозначения полупроводниковых диодов Полупроводниковым диодом называется прибор с одним р – n-переходом и двумя выводами. Они называются анод и катод. По назначению диоды разделяются на следующие: • выпрямительные диоды, которые предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (рис. 11.1, а). В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие выпрямительные токи; • высокочастотные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот. В качестве высокочастотных диодов применяют диоды точечной конструкции; • импульсные диоды, которые применяют в схемах генерирования и усиления импульсов; • туннельные диоды (рис. 11.1, в), применяемые в качестве усилителей и генераторов высокочастотных колебаний; • светодиоды (рис. 11.1, е), которые используют в качестве световой индикации наличия тока. • стабилитроны (рис. 11.1, б), предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через них тока; • варикапы (рис. 11.1, г) – полупроводниковые диоды, емкость которых можно изменять в широких пределах; • фотодиоды (рис. 11.1, д), которые являются источниками тока, преобразующими световую энергию в электрическую, причем сила тока пропорциональна освещенности фотодиода. Диоды Устройство диодов Основным элементом является пластинка из полупроводника в которой создан p – n переход. Общий вид плоскостного кремниевого диода (а) и его продольный разрез (б):1-наружный вывод; 2-трубка; 3-внутренный вывод; 4-стеклянный изолятор; 5-корпус; 6-алюминиевый столбик; 7-влагозащитная масса; 8-пластина кремния; 9-слой олова; 10-держатель; 11-основание корпуса; 12-шайба из слюды; 13-изоляционная втулка; 14-контактная шайба с лепестком. Диоды Эта зависимость тока, проходящая через диод, от приложенного к нему напряжения. Для каждого диода существует предельный ток (номинальным током) Вольт-амперная характеристика диода Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода Транзисторы Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р – n-переходами и тремя выводами. Транзисторы применяются для усиления электрических сигналов и колебаний, генерирования электрических сигналов и колебаний и в качестве бесконтактного ключевого элемента. Структура и условное обозначение транзистора Основным элементом транзистора является кристалл полупроводника, в котором с помощью примесей созданы три области с различной проводимостью. Если средняя область имеет электронную проводимость, а две крайние – дырочную, то такой транзистор принадлежит к типу p-n-p в отличие от транзистора типа n-p-n, имеющего среднюю область с дырочной проводимостью, а две крайние – с электронной. Средняя область называется базой. Одна крайняя область, инжектирующая (эмитирующая) носители заряда в базу, называется эмиттером, а другая крайняя область собирающая инжектированные носители заряда из базы, – коллектором. К каждой из этих областей припаивают внутренние и внешние токоотводы, с помощью которых транзистор включают в электрическую цепь. Кристалл крепится на специальном кристаллодержателе и помещен в герметичный металлический, пластмассовый или стеклянный корпус. В структуре транзистора имеются два р – n-перехода: эмиттерный (между эмиттером и базой) и коллекторный (между коллектором и базой). Толщину базы при изготовлении транзистора делают очень маленькой. Кроме того, концентрацию основных носителей базы делают значительно меньше, чем концентрация основных носителей в эмиттере и коллекторе. Принцип действия транзистора Принцип действия показан на примере транзистора типа p-n-p. При наличии напряжений UЭБ и UБК указанной полярности, создаваемых соответственно источниками ЕЭ и ЕК, эмиттерный переход П1 будет включен в прямом направлении, а коллекторный переход П2 для основных носителей базы (электронов) и коллектора (дырок) – в обратном (непроводящем) направлении. Через открытый переход П1 дырки из эмиттера поступают (инжектируются) в базу, создавая ток эмиттера IЭ. Как было отмечено выше, концентрация электронов в базе значительно меньше, чем концентрация дырок в эмиттере. Поэтому только небольшая часть дырок эмиттера вместе с таким же количеством электронов базы будут создавать небольшой ток базы IБ, примерно на два порядка меньший тока эмиттера. Основная же часть дырок, инжектированных в базу из эмиттера, быстро проходит узкую базу и оказывается у перехода П2, который для этих дырок включен в прямом направлении. Поэтому эти дырки проникают в коллектор, создавая ток коллектора IК. Соотношение между токами в транзисторе следующее: IЭ = IК + IБ. Практически, из-за малого значения тока базы считают, что ток IК приблизительно равен токуIЭ. Изменяя напряжение UЭБ или ток базы IБ, можно изменять значительно больший по величине ток коллектора IК. В этом проявляются усилительные свойства транзистора. С помощью транзистора можно усиливать ток, напряжение и мощность. Схемы включения транзисторов При подключении транзистора в конкретную схему следует выделить его входную и выходную цепи. При этом два вывода транзистора являются входным и выходным зажимом соответственно входной и выходной цепей, а третий вывод транзистора – общим входным и выходным зажимом. Общим может быть любой из выводов транзистора. В связи с этим возможны три схемы включения транзистора: • с общей базой (ОБ) (рис.9.8, а); • с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 9.8, б); • с общим коллектором (ОК) (рис. 9.8, в). В схеме с ОБ входной цепью является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора. В схеме с ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. В схеме с ОК входной является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера. Для усиления тока транзистор включают по схеме с ОЭ или ОК. Для усиления напряжения транзистор включают по схеме с ОБ или ОЭ. Для усиления мощности наибольший эффект достигается при включении транзистора по схеме с ОЭ. Тиристоры Устройство и принцип действия тиристора Принцип тиристора основан на пропуске тока при подаче импульса на управляющий электрод. Устройство тиристора штыревой конструкции (а) и структура его выпрямительного элемента (б): 1-силовой вывод (катод); 2-переходная втулка; 3-стеклянный изолятор; 4-корпус; 5-гибкий вывод катода; 6-выпрямитеьный элемент; 7-основание (анод); 8-наконечник управляющего электрода; 9,10-термокомпенсирующие вольфрамовые пластины; 11-управляющий вывод; 12- термокомпенсирующая пластина управляющего электрода. Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание |