Полупроводниковый диод

Имеет нелинейные свойства.

Прямой ток в десятки мА получается при напряжении десятые доли вольта. Прямое сопротивление порядка десятка Ом. Для более мощных диодов и при таком же малом напряжении - .

Для обратного тока:

;

;

;

Нелинейность на участке 01 объясняется тем, что при увеличении напряжения сопротивление запирающего слоя падает.

12-запирающий слой исчез, остается постоянным собственное сопротивление p и n – областей (прямая зависимость).

Далее с повышением тока сопротивление падает.

В ольтамперная Характеристика диода:

При повышении обратного напряжения обратный ток быстро растет, а затем растет незначительно. Имеют место лавинные движения носителей из-за ударной ионизации. При более высоком обратном напряжении ионы приобретают большую скорость и выбивают из атомов решетки новые электроны, которые в сою очередь выбивают новые. Этот процесс усиливается с повышением напряжения. Далее возникает пробой при некотором напряжении, при котором обратный ток резко возрастает, сопротивление резко уменьшается. Электрические пробои делятся на лавинный и туннельный. Лавинный пробой – пробивное напряжение 10-100 В. Туннельный обусловлен туннельным эффектом. Суть туннельного эффекта: при более, чем напряженности, некоторые электроны проникают через переход без изменения своей энергии. Такие переходы возможны с высокой концентрацией примесей, напряжение соответствующее туннельному пробою порядка одного вольта. Имеются также тепловые пробои. Причина – нарушение теплового режима перехода. Теплота, выделенная обратным током, становится большей, чем отводимая теплота. В результате температура повышается, сопротивление падает, ток растет. Переход перегревается и разрушается. PN-переход обладает емкостью, называемой барьерной:

; ;

Емкость перехода от 1 до 100 пикофарад.

Если обратное напряжение растет, то толщина запирающего слоя растет и емкость уменьшается. При прямом напряжении, диод имеет диффузию, емкость которой линейна и возрастает с повышением прямого напряжения. Диффузионная емкость гораздо больше барьерной.

Биполярный транзистор

Средняя область транзистора – это база. Слева – эмиттор, справа – коллектор. Соответственно эммиторный и коллекторный переходы. База делается очень тонкой. Концентрация примесей в базе меньше, чем в эмиттере и коллекторе. Имеется 3 режима работы транзистора:

1. Активный: когда на эммиторном переходе напряжение прямое, на коллекторе – обратное

2. Режим отсечки или запирания: На оба перехода – обратное напряжение.

3. Режим посещения: на обоих переходах напряжение прямое.

Основным является активный режим. Различают входную (управляющую) цепь, которая служит для управления работой транзистора. Сигнал подается между эмиттером и базой. В выходной (управляемой) цепи получают усиленные колебания. В выходную цепь включается нагрузка между базой и коллектором.

NPN-транзистор: для работы необходима энергия и источник для регулировки потенциала, подаваемого на его базу. Поэтому в цепь включаются два источника и . Полярность такова, что на эммитерном переходе прямое напряжение, на коллекторном – обратное. Сопротивление эммитерного перехода: для получения нормального тока в этом переходе достаточно десятые доли вольта.

Сопротивление коллекторного перехода велико и обычно составляет единицы или десятки вольт.

Обычно:

;

При работе в активном режиме: , то есть .

Вольтамперная характеристика эмиттерного перехода – это характеристика диода при прямом токе, а коллекторного перехода – при обратном токе.

Принцип работы: Прямое напряжение э. перехода существенно влияет на токи эмиттера и коллектора. Чем больше напряжение эмиттера, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменение тока коллектора мало отлично от изменения тока эмиттера. Т. е. , т.е. входное напряжение, может управлять током коллектора. При повышении прямого входного напряжения понижается потенциальный барьер в эммитерном переходе и повышается ток через этот переход, т. е. ток эммитора. Электроны этого тока иннектируются из эммитера в базу и вследствие диффузии проникают через базу в коллекторный переход. Этим самым повышается ток коллектора. Из-за того, что коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в нем возникают объемные заряды и поле между этими зарядами. Это поле способствует продвижению через коллекторный переход электронов, т. е. втягивают электроны. Если толщина базы мала и концентрация дырок мала, то большинство электронов из эмиттера проскакивают в базу, не успевая рекомбинировать, и достигают коллектора. Та часть электронов, которая рекомбинирует в базе, создает ток базы.

Ток рекомбинации: в установленном режиме число дырок в базе должно быть неизменно. Из-за в любую секунду столько-то дырок исчезает, но столько-же возникает новых, т. к. из базы уходит к плюсу источника такое же количество электронов. Т. е. в базе не может накапливаться много электронов. Т. е. если какое-то число электронов из эмитера не доходит до коллектора, а остается в базе, то такое же число электронов должно уходить из базы. Т. к. ток коллектора получается меньше тока эммитера, то следует, что ток базы неполезный, вредный. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Поэтому базу делают как можно тоньше и уменьшают в ней концентрацию примесей. Когда к эммитерному переходу напряжение не приложено, можно считать, что в этом переходе нет тока. Тогда коллекторный переход имеет большее сопротивление, т. к. основные носители удаляются из этого перехода, и по обе стороны от границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает лишь небольшой обратный ток, который вызван перемещением навстречу друг другу не основных носителей. Если подадим входное напряжение, возникает значительный ток эммитера. В область базы инжектрируются электроны, которые проскакивают базу, не успевая рекомбинировать, и доходят до коллектора. Чем больше ток эмvитера, том больше