книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

неосновных носителей. При увеличении обратного напряже­ ния м0бр, как отмечалось выше, /г-р-переход расширяется, что эквивалентно увеличению расстояния между обкладками кон­ денсатора Сп и, следовательно, уменьшению его емкости. При уменьшении обратного напряжения «0бр, наоборот, емкость /г-р-перехода увеличивается (рис. 97). Это свойство п-р-перехода и используется в параметри­ ческом диоде.

Туннельным диодом называ­ ется полупроводниковый диод с туннельным эффектом. Тун­ нельный эффект — это явление

Сп пФ

■ 1,0

0.6

0.6

■ 0.4

•0,2

Ьобр. В 8 6 4 г 0

Рис. 96. Упрощенная эквивалентная	Рис.	97. График зависимости	емко­
схема полупроводникового диода	сти	С „ от величины обратного	напря­
		жения

перехода электрона через потенциальный барьер, величина кото­ рого превышает энергию электрона. Туннельный эффект воз­ никает в районе перекрытия валентной зоны полупроводника p-типа с зоной проводимости полупроводника n-типа при увели­ чении примерно в 1000 раз концентрации примесей в основном материале полупроводника диода, уменьшении толщины п-р-пе­ рехода и создании в переходе высокой напряженности электри­ ческого поля. Ток туннельного диода гт чрезвычайно мал и соз­ дается в диоде электронами и дырками. Из вольт-амперной ха­ рактеристики AOBCD туннельного диода (рис. 98) видно, что первый максимум значения туннельного тока 7' отмечается

при величине прямого напряжения и'пр. Затем с повышением

прямого напряжения ищ, туннельный ток iT падает (участок ВС). Второй подъем вольт-амперной характеристики начинается при величине прямого напряжения и ’пр (участок CD),

Обращенные диоды имеют концентрацию примесей меньше, чем туннельные диоды. Туннельный эффект в них возникает только при подаче обратного напряжения и0бР.. Как видно из вольт-амперной характеристики обращенного диода (рис. 99), обратный ток г’обр имеет большую крутизну, чем прямой ток г'щ,.

Полупроводниковый стабилитрон является плоскостным дио­ дом и предназначен для стабилизации величины постоянного

100

напряжения. Конструкция-диода этого типа такова, что уже при небольших обратных напряжениях и0бр в его ц-р-переходе воз­ никает сильное электрическое поле. Ускоряя неосновные носи-

Рис. 98. Вольт-амперная характе­	Рис. 99. Вольт-амперная характе­
ристика туннельного диода	ристика обращенного диода

Рис. 100. Вольт-амперная характеристика полупро­ водникового стабили­ трона

101

телн зарядов (электроны), оно сообщает им энергию, достаточ­ ную для ионизации атомов вещества. В результате этого в ди­ оде возникает пробой я-р-перехода. Происходит быстрый рост обратного тока £0бр, на величине которого дальнейшее измене­ ние обратного напряжения практически не сказывается. Вольт-

амперная	характеристика полупроводникового		стабилитрона
в области	пробоя почти	вертикальна (рис. И00).	Обратный ток
может иметь большую		величину — от значения	гмни до значе­

ния /макс.> при которой выделяемая в /г-/?-переходе мощность не превышает при постоянном обратном напряжении допустимой величины. Таким образом, как и стабилитроны тлеющего раз­ ряда, при превышении постоянного напряжения, подаваемого в цепь, полупроводниковые стабилитроны закорачивают линию, пропуская весь ток через себя. Схема включения их подобна схеме включения ионного стабилитрона.

Термисторы используются для измерения температуры, отно­ сительной влажности, малых мощностей в высокочастотной тех­

нике и	для	стабилизации небольших			напряжений.	Терми­
стор — это		прибор,	активное	сопротивление которого		резко
уменьшается при увеличении				температуры. Это свойство тер­
мистора	объясняется		увеличением числа		свободных носителей

заряда в материале полупроводника под действием тепловой энергии.

Фотодиодом называется полупроводниковый прибор с п-р-пе­ реходом, обратный ток которого изменяется под действием све­ тового излучения. Его основой является германиевый полупро­ водниковый диод, внешний вид, устройство и схема включения которого представлены на рис. 101. В пластинке из кристалли­ ческого германия путем присадки соответствующих примесей создают зону с электронной и зону с дырочной проводимостями. Между ними образуется я-р-переход, имеющий одностороннюю проводимость. Одну поверхность пластинки металлизируют, а на другую накладывают прозрачный проводящий слой. Изготов­ ленная таким образом пластинка помещается в герметический корпус с окном напротив прозрачного покрытия. Под действием света, проникающего в толщу слоев кристаллической пластинки, в ее области п происходит ионизация атомов, в результате чего создаются свободные носители зарядов — электроны и дырки. Под действием ускоряющего электрического поля в я-р-переходе при приложенном внешнем источнике питания Е из области я дырки перемещаются в область р, а электроны накапливаются в области я. Между электродами фотодиода возникает раз­ ность потенциалов, называемая электродвижущей силой. Эту S. д. с. можно использовать для создания тока /0бр, протекаю­ щего через нагрузочный резистор RB. Фотодиод может работать в этом случае без внешнего источника питания как фотогенера­ тор, непосредственно преобразуя лучистую энергию в электри­ ческую. Наличие внешнего источника питания Е, как показано

102

на рис. 101, б, улучшает условие перемещения через л-р-переход неосновных носителей заряда, формирующих обратный ток io5v. Зависимость значений обратного тока г0бр от интенсивности по­ тока лучистой энергии Ф показана, вольт-амперной характери­ стикой, фотодиода на рис. 1102.

Рис. 101. Фотодиод:	Рис. 102.	Семейство вольт-
а — внешний вид; б — устройство п схема включения	амперных	характеристик
		диода

В настоящее время в различных устройствах радиотехниче­ ской аппаратуры все большее применение находят управляемые вентили — тиристоры. Тиристор представляет собой четырехслой­ ную структуру п-р-п-р с тремя л-р-переходами (рис. 103). При­ ложенное в точках Л и В к такой структуре от внешнего ис-

		Р/				Р«,
		1©	© !	! © © @ © i		] ©	LJ
	А					® !
		н ~ 1 © -	© т н ъ ©		® © Т Ы |© © 1 “
	0-
		„ 1©	© L w - L 0 ®. J » © L m 4 © © L w
		>	©1	1 © ©	© © '	1© ©1

_ 1 ____ 1_____ _____ 1___ 1___ _ 1 ______

Рис. 103. Схема включения в электрическую цепь и принцип работы тиристора

103

точника питания Е напряжение с полярностью, указанной на ри­

сунке,	для я-д-переходов У и 3 является		прямым, а для п-р-пе­
рехода	2 — обратным. В тиристоре возникают прямой и обрат­
ный токи. Направление прямых		токов	показано сплошными
стрелками, направление обратных		токов — пунктирными стрел­

ками. Электроны в качестве основных носителей заряда перехо­ дят из области п2 через п-р-переход в область р2, частично ре­

	комбинируя		в ней с дырками.				Ток
	я-р-перехода 2 обеспечивает попол­
	нение основными носителями заря­
	да области /г, и р2, что вызывает
	инжекцию		неосновных		носителей
	заряда переходами У и 3. В качест­
	ве	неосновных		носителей		заряда
	электроны		инжектируются			в	об­
	ласть пи откуда уже в качестве ос­
	новных носителей заряда они пере­
	ходят в область р\. Дырки движут­
	ся в обратном направлении.
	Если с помощью потенциометра У?
Рис. 104. Вольт-амперная ха­	увеличить		напряжение		и от	внеш­
рактеристика тиристора	него	источника		питания	Е до		зна­
	чения, близкого			к величине		пробоя

я-р-перехода 2 , то неосновные носители заряда, инжектирован­

ные	из я-р-переходов		У и 3, концентрируются		в п-р-пере­
ходе	2. Это	вызывает	дополнительную	инжекцию	неосновных
носителей		заряда я-р-переходами У и		3. Ток	через полу­

проводниковый прибор возрастает лавинообразно до момента полного отпирания тиристора. Замкнув цепь выключателем Вк, можно подать через точки С и В от источника питания Еу неко­ торое управляющее напряжение иу положительной полярности на управляющий электрод тиристора. Напряжение иу обеспечи­ вает снижение величины напряжения и включения тиристора, так как ширина я-р-перехода 2, а следовательно, и его потен­ циальный барьер при этом уменьшаются. Отключение выклю­ чателем Вк источника питания Еу не изменяет установившийся ток через прибор. Для выключения тиристора необходимо сни­ зить посредством потенциометра R подаваемое от внешнего ис­ точника питания Е напряжение и или поменять полярность нап­ ряжения и. Таким образом, принцип работы тиристора подобен принципу работы тиратрона. Это подтверждается и вольт-ампер- ной характеристикой тиристора (рис. 104), которая во многом сходна с вольт-амперной характеристикой тиратрона.

§ 3. Полупроводниковые триоды (транзисторы)

Транзистором называется полупроводниковый электропреобразовательный прибор с двумя электронно-дырочными перехо­ дами и тремя выводами для включения в схему (рис. 105).

104

Две крайние области транзистора имеют одинаковый тип проводимости п или р, а средняя — противоположный. В зависи­ мости от типа проводимости средней области, называемой базой, различают транзисторы п-р-п- и р-п-р-типов. Крайняя область транзистора, имеющая наибольшую концентрацию акцепторной или донорной примеси и, следовательно, наибольшую проводи­ мость, называется эмиттером. Эмиттер предназначен для гене­ рации носителей заряда и подобен по своей функции катоду

Рис. 105. Схематическое устройство и условное изображение транзисторов:

а — л-р-л-типа; б — р-л-р-типа

электронной лампы. Другая крайняя область транзистора назы­ вается коллектором. Концентрация примесей в коллекторе и его проводимость в 100—1000 раз меньше, чем в эмиттере.

Коллектор предназначен для приема носителей заряда, ге­ нерируемых эмиттером, и подобен по своей функции аноду элек­ тронной лампы. База в транзисторе имеет толщину меньше диф­ фузионного смещения неосновных носителей заряда, т. е. явля­ ется «прозрачной» для всех носителей заряда. С ее помощью можно управлять токами эмиттера и коллектора. Таким обра­ зом, функции базы те же, что и у управляющей сетки электрон­ ной лампы. Между'эмиттером и базой, а также между базой и коллектором имеются л-/7-переходы, которые соответственно называются эмиттерным и коллекторным. К эмиттеру, базе и коллектору припаиваются выводы, с помощью которых транзи­ стор включается в электрическую цепь.

Транзисторы обычно изготовляют из германия и кремния. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы могут быть то­ чечные и плоскостные. Плоскостные транзисторы получили бо­ лее широкое практическое применение. Для изготовления пло­ скостного германиевого транзистора, например типа р-п-р, в качестве базы берут германиевую пластину 1 с проводимостью типа п, а с противоположных сторон в нее вплавляют по капле индия 2, имеющего проводимость типа р. Атомы индия диффун­

105

дируют в толщу германиевой пластины и создают в ней обла­ сти 3 с проводимостью типа р (рис. 106). Германиевые транзи­ сторы типа п-р-п изготовляют путем внесения в германий типа р донорных примесей в виде атомов сурьмы или мышьяка, об­ разующих крайние области с проводимостью типа п. Изготов­ ленные таким образом транзисторы называются сплавными. Ис­ пользуются и другие способы создания д-р-переходов в пло­ скостных транзисторах.

						г
						з
Рис. 106.	Схематическое	устройство	Рис.	107.	Конструкция
сплавного	плоскостного транзистора		сплавного		транзистора
T l l p y c i u n	п р и о а р и о а п п л u a ooiy		п а iv ici^ ii^ iin u u A w n u w u c			—.
Эта скоба	(рис. 1107) укрепляется на основании 3, к которому
припаивается провод 4,		служащий	выводом базы. Выводы			5

эмиттера и коллектора проходят через стеклянные изоляторы 6. Металлический корпус 7 прибора приваривают к основанию.

При использовании транзистора в электронных схемах к не­ му подводится входное напряжение иах, а снимается выходное напряжение ивых. Обычно один из выводов транзистора при этом делают общим и для входной и для выходной цепей. Применя­ ют три основные схемы включения транзисторов: с общим эмит­ тером, с общей базой и с общим коллектором (рис. 108). Отно­ сительно общего электрода ведется отсчет входного и выходно­ го напряжений на других электродах транзистора.

Рассмотрим принцип действия транзистора типа р-п-р, вклю­ ченного в электрическую цепь по схеме с общей базой (рис. 109).

При отсутствии	напряжений иэ.б и цк.б, подаваемых от источни­
ков питания Е\	и Е2 (выключатели В х .и В2) в разомкнутом со­

стоянии, в п-р-переходах транзистора образуются потенциаль­ ные барьеры, величина которых при некоторой температуре уста­ навливается такой, что лишь небольшое число носителей заря­ да способно их преодолеть. При подключении выключателями В х и В2 источников питания Ех и Е2 в цепь эмиттер — база по­ дается прямое постоянное напряжение нэ.б, вызывающее пря­ мое смещение эмиттерного л-р-перехода /, а в цепь коллек-

тор — база подается обратное постоянное напряжение ик-о, вы­ зывающего обратное смещение’ коллекторного перехода II. При этом величина потенциального барьера эмиттерного ге-р-перехо- да I уменьшается, а коллекторного перехода II увеличивается. Под действием входного прямого напряжения пэ.б дырки начи­ нают преодолевать уменьшившийся потенциальный барьер эмит­ терного л-р-перехода I и входят в область базы. В области ба-

Рие. 108. Основные схемы включения транзисторов:

а — с общим эмиттером: б —с общей базой; о —с общим коллектором

зы дырки частично рекомбинируют с электронами, образующими встречный ток проводимости. Так как толщина базы очень ма­ ла, подавляющая часть дырок быстро ее проходит и попадает в ускоряющее электрическое поле потенциального барьера кол­ лекторного л-р-перехода II. Под действием этого поля дырки

Эмит т ер		База.		Коллектор
С-1------	"Л Г			------------------
		Н	|	■«—	со	I
	М !		1 Н ----- ^
— -						1
		1	1			1
	*	!

+

I v. _

Рис. 109. Принцип работы транзистора р - п - р -типа

втягиваются в коллектор, соединенный с отрицательным полю­ сом источника питания Е2. Электроны через транзистор движут­ ся в противоположном направлении.

Принцип действия транзистора типа п-р-п аналогичен. При подаче питания в виде электрических напряжений нэ.в и ик.g с

107

полярностью, показанной на рис. 1110, от эмиттера через базу к коллектору в нем перемещаются электроны, а дырки переме­ щаются в противоположном направлении.

Движение дырок и электронов в транзисторе обусловливает появление во внешних цепях электрических токов. Ток в цепи эмиттера i3 создается движением основных носителей заряда из эмиттера в базу и движением неосновных носителей заряда из базы в эмиттер. Коллекторный ток г'к обусловлен движением ос­ новных носителей заряда, переходящих из базы в коллектор, и неосновных носителей заряда, переходящих из коллектора в

р,

Г

п

11

рг

базу. В цепи базы протекает ток, равный разности токов эмит­ тера и коллектора, т. е. ток базы ia— h — in. Базовый ток обес­ печивает восполнение убыли неосновных носителей заряда, про­ исходящей из-за рекомбинации их с основными носителями за­ ряда, движущимися из эмиттера.

В транзисторах типа р-п-р основными носителями заряда являются дырки, так как эмиттер в них является полупроводни­ ком с дырочной проводимостью. В транзисторах типа п-р-п эмиттер — полупроводник с электронной проводимостью и поэто­ му основными носителями заряда являются электроны. Считают направление внешнего тока в цепи совпадающим с направле­ нием дырок в транзисторе. Величина токов во внешних цепях за­ висит от приложенного к электродам транзистора напряжения.

В транзисторе, включенном По схеме с общим эмиттером, входным напряжением ивх является напряжение иь. э, входным током — ток базы fe, выходным напряжением мВых— напря­ жение цк.э, выходным током 1вых — ток коллектора tK (рис. 108, а).

В транзисторе, включенном по схеме с общей базой, вход­ ным напряжением ивх является напряжение «э.б, входным током

108

ins— ток эмиттера h, выходным напряжением «пых — напряже­ ние «к.б. выходным током гВых — ток коллектора t'K (рис. 108, б).

В транзисторе,	включенном по схеме с общим коллектором,
^ВХ ^б. Ю ^ВХ ^б'	ИВЫХ= 11Э. Ю ^ВЫХ=	(рис. 108, б).

От схемы включения в электрическую цепь зависят и свойст­ ва транзистора, определяемые его входными и выходными ста­ тическими характеристиками. Входной статической характери­ стикой транзистора называется зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном токе или по­ стоянном выходном напряжении. Выходной статической харак­ теристикой называется зависимость выходного тока от выходно­ го напряжения при постоянном входном токе или постоянном входном напряжении.

Рис. 111. Характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой

Входные и выходные характеристики транзистора, включен­ ного по схеме с общей базой, показаны соответственно на рис. 111, а и б. По семейству выходных характеристик (рис. 111, б) можно определить один из важнейших параметров транзи­ стора— коэффициент усиления тока для схемы-включения тран­ зистора с общей базой а. Для этого выбирают приращение тока

коллектора	Д/к	при	постоянном		напряжении	коллектора
пк.б = const,	отсчитывают соответствующее ему значение прира­
щения тока эмиттера А/э и берут их отношение
		а =	4^- при	ик.б =	const.	(64)
У плоскостных		транзисторов		а =0,920-*-0,996.		Допуская не­
большую погрешность,			можно считать, что. tK~ ai3.
Для транзистора,, включенного по схеме с общим эмиттером,

входная и выходная характеристики показаны на рис. 112, а и б. По семейству выходных характеристик выводится коэффициент

109