Контрольные вопросы

1. Поясните устройство и принцип действия ПТ с управляющим p-n переходом в схеме с ОИ.

2. Приведите стоковые и стоко-затворные характеристики для ПТ с управляющим p-n переходом в схеме с ОИ.

3. Поясните устройство и принцип действия полевого МДП-транзистора с встроенным каналом в схеме с ОИ.

4. Приведите стоковые и стоко-затворные характеристики полевого МДП-транзистора с встроенным каналом в схеме с ОИ.

5. Поясните устройство и принцип действия полевого МДП-транзистора с индуцированным каналом в схеме с ОИ.

6. Приведите стоковые и стоко-затворные характеристики полевого МДП-транзистора с индуцированным каналом в схеме с ОИ.

7. Перечислите статические параметры полевых транзисторов.

8. Поясните физический смысл статических параметров ПТ и приведите соотношения для их определения.

9. Приведите методику определения статических характеристик по стоковым характеристикам ПТ.

10. Приведите определение тиристора.

11. Укажите области практического использования тиристоров

12. Перечислите и охарактеризуйте виды тиристоров

13. Поясните структуру, принцип действия, ВАХ динисторов.

14. Поясните структуру, принцип действия, ВАХ тринисторов.

15. Поясните структуру, принцип действия, ВАХ симисторов.

16. Какими техническими параметрами характеризуются тиристоры?

17. Поясните систему условных обозначений тиристоров.

18. Поясните систему обозначений (маркировку) тиристоров.

Заключение

Из всего выше изложенного следует сделать следующие выводы.

1. Материалы, которые занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, называют полупроводниками. В собственном (или i – полупроводнике) при температуре, близкой к абсолютному нулю, все валентные электроны участвуют в ковалентных связях, а его электропроводность равна нулю и ведет он себя как диэлектрик. Когда энергия какого-либо электрона оказывается больше энергии ковалентной связи, этот электрон может разорвать связь с атомом, стать «свободным» и перейти в межузельное пространство кристалла. В системе ковалентных связей образуется вакантное место – «дырка» у того атома, от которого «оторвался электрон». При этом каждой дырке приписывается положительный заряд +q, численно равный заряду электрона. В собственном полупроводнике электроны и дырки всегда образуются и исчезают парами (n_i = p_i), а их движение внутри кристалла носит хаотичный характер.

2. Если создать внутри кристалла электрическое поле, то хаотические движения электронов и дырок приобретают направленный характер – происходит дрейф свободных носителей зарядов, что вызывает появление в полупроводнике электрического тока, который называют дрейфовым. Кроме дрейфового тока в полупроводниках наблюдается диффузионный ток, причиной возникновения которого является не разность потенциалов, а разность концентрации носителей зарядов. Электропроводность, обусловленную движением электронов, называют электронной, а обусловленную движением дырок – дырочной.

3. При введении в кристалл кремния пятивалентного вещества четыре из пяти валентных электронов атома примеси участвуют в образовании ковалентных связей с четырьмя ближайшими соседними атомами полупроводника. Пятый же электрон в образовании ковалентных связей не участвует, и его взаимодействие с атомом оказывается значительно ослабленным. Поэтому пятые электроны примеси легко переходят в зону проводимости и становятся свободными, а примесные атомы превращаются в положительные ионы. Электроны, оторвавшиеся от примесных атомов, добавляются к собственным свободным электронам. Так как степень легирования в реальных полупроводниковых приборах такова, что при нормальном температурном режиме число примесных свободных электронов всегда значительно превосходит число свободных электронов и дырок, образовавшихся в результате термогенерации, то число электронов оказывается значительно больше, чем дырок, а проводимость полупроводника начинает фактически определяться только электронами. Такие примесные полупроводники получили название полупроводников n-типа. Легирующие примеси, обусловливающие электронную электропроводность, называют донорными. А примесные атомы – донорами.

4. При введении в кристалл кремния примеси трехвалентного вещества одна из четырех ковалентных связей между атомом примеси и соседним атомом кремния оказывается незаполненной. Что эквивалентно образованию дырки и неподвижного отрицательного иона. Дырки, образовавшиеся вблизи примесных атомов, добавляются к собственным дыркам, порожденным термогенерацией. Так как в таком примесном полупроводнике число примесных дырок всегда значительно превосходит число собственных электронов, то проводимость полупроводника начинает определяться только дырками. Такие примесные полупроводники получили название полупроводников р-типа. Легирующие примеси, обусловливающие дырочную проводимость, называют акцепторными, а примесные атомы – акцепторами.

5. Между концентрациями свободных электронов и дырок в примесных полупроводниках существует соотношение:

n_n p_n = n_p p_p = n_i².

В таких полупроводниках один тип подвижных носителей преобладает над другим. Преобладающие носители электрических зарядов называют основными, а те, которые составляют меньшинство, - неосновными. Следовательно, в полупроводнике n-типа основными носителями являются электроны, а в полупроводнике р-типа – дырки.

6. В полупроводниковых приборах и микросхемах применяют неоднородные по своим электрофизическим свойствам монокристаллы. В которых важную роль играют промежуточные слои между двумя материалами, физические характеристики которых существенно различаются. Их называют электрическими переходами.

Переход между двумя областями полупроводника с разными типами электропроводности, одна из которых имеет электронную, а другая дырочную электропроводность, называют электронно-дырочным или р-n переходом.

7. Если к полупроводниковому кристаллу, в котором создан р-n переход, приложить напряжение U «плюсом» к n-слою, а «минусом» к р-слою, то на р-n переходе появится внешнее электрическое поле, складывающееся с внутренним полем. Потенциальный барьер возрастает, увеличатся ширина р-n перехода и его сопротивление. Такое включение перехода называют обратным, а малый ток, проходящий через него, называют током насыщения или тепловым током.

Если поменять полярность внешнего напряжения U, т.е. приложить «плюс» к р-слою, а «минус» к n-слою, то на переходе появится внешнее электрическое поле, которое будет направлено в сторону, противоположную внутреннему полю, что приведет к уменьшению высоты потенциального барьера, ширины и сопротивления р-n перехода. Такое включение называют прямым. При прямом включении через р-n переход пойдет большой ток, вызываемый диффузионным движением основных носителей заряда. ВАХ перехода четко отражает его вентильные свойства.

8. Р-n переход ведет себя как своеобразный плоский конденсатор, обкладками которого служат проводящие слои, а диэлектриком – обедненный носителями слой собственно перехода. Поэтому наряду с проводимостью р-n переход обладает емкостью, которую можно считать подключенной параллельно переходу. Эту емкость принято разделять на две составляющие: барьерную, отражающую распределение зарядов в переходе, и диффузионную, отражающую распределение зарядов в базе (высокоомной области несимметричного перехода).

9. При достижении обратным напряжением определенного критического значения наблюдается значительное уменьшение сопротивления р-n перехода, сопровождающееся резким увеличением обратного тока. Это явление называют электрическим пробоем р-n перехода. Различают три вида пробоя: туннельный, лавинный и тепловой.

10. Диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, и двумя выводами. Одним из основных классификационных признаков диодов служит их назначение, которое связано с использованием определенного явления в р-n переходе.

Первую группу составляют выпрямительные диоды, для которых основным является вентильный эффект (большая величина отношения прямого тока к обратному), а к временным и частотным характеристикам не предъявляются жесткие требования. Вторая группа диодов - высокочастотные и импульсные – так же использует вентильный эффект, но это маломощные приборы, работающие при высоких частотах или в быстродействующих импульсных устройствах, поэтому для них существенна еще и инерционность – длительность процессов при переходе диода из открытого состояния в закрытое и обратно. Диоды третьей группы – стабилитроны; они работают в режиме электрического пробоя, который наблюдается при обратном смещении диода. Диоды четвертой группы используют емкостные свойства р-n перехода. Такие диоды с электрически управляемой емкостью называют варикапами.

11. Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-n переходами и тремя или более выводами. Полупроводниковый кристалл такого транзистора состоит из трех различных областей с чередующимися типами электропроводности, между которыми находятся два р-n перехода, расположенные в непосредственной близости один от другого. В зависимости от порядка расположения трех областей в полупроводниковом кристалле различают транзисторы n-p-n и p-n-p. Центральную область кристалла называют базой (Б), а наружные области – соответственно эмиттером (Э) и коллектором (К). Р-n переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а р-n переход между коллектором и базой – коллекторным.

12. На каждый р-n переход транзистора может быть подано как прямое, так и обратное напряжение. Соответственно различают четыре режима работы биполярного транзистора: режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения; активный режим – на эмиттерный переход подано прямое, а на коллекторный – обратное; инверсный режим – на эмиттерный переход подано обратное напряжение, а на коллекторный – прямое.

13. В активном режиме токи биполярного транзистора связаны равенством:

I_Э = I_К + I_Б, а между токами коллектора и эмиттера, коллектора и базы существуют следующие соотношения:

I_К = I_Э;

I_К = I_Б = _N / (1 - _N) I_Б, где –  коэффициент передачи тока эмиттера;  - коэффициент передачи тока базы.

14. Транзисторы, управляемые электрическим полем, получили название полевых. Их работа основана на изменении сопротивление полупроводникового материала поперечным электрическим полем. При этом в них используются носители зарядов только одного вида (электроны или дырки), из-за чего их еще называют униполярными.

Чтобы изменять сопротивление полупроводника с помощью электрического поля, можно изменять либо площадь поперечного сечения проводящего полупроводникового слоя, либо его удельную проводимость. В полевых транзисторах используют оба способа и соответственно различают транзисторы с управляющим р-n переходом и МОП-транзисторы. Последние, в свою очередь, подразделяют на МОП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналами.

Во всех полевых транзисторах основными электродами являются затвор, исток и сток. А основными зависимостями – семейство его выходных ВАХ – зависимость тока стока I_С от напряжения U_СИ при U_СИ = const.

Основными параметрами полевого транзистора являются крутизна характеристики S, коэффициент усиления  и внутреннее сопротивление R_i.