- •Силовая электроника
- •1. Полупроводниковые приборы
- •1.1. Электропроводность полупроводников
- •1.1.1. Образование носителей заряда в собственных полупроводниках
- •1.1.2. Образование носителей заряда в примесных полупроводниках
- •1.1.3.Дрейфовое и диффузионное движение носителей заряда
- •1.2.Полупроводниковые диоды
- •1.2.1.Принцип действия и вольтамперная характеристика (вах) диода
- •1.2.2. Виды диодов
- •1.3. Биполярные транзисторы
- •1.3.1. Принцип действия транзистора.
- •1.3.2.Статические вах транзистора
- •1.4. Униполярные (полевые) транзисторы.
- •1.4.1. Полевые транзисторы с p-n переходом.
- •1.4.2. Мдп - транзисторы.
- •1.5. Тиристоры
- •1.5.1. Классификация тиристоров
- •1.5.2. Принцип работы диодного тиристора
- •1.5.3. Принцип работы триодного тиристора.
- •2. Усилители
- •2.1.Назначение и классификация усилителей
- •2.2. Принцип построения усилительных каскадов.
- •2.3. Усилительный каскад с общим эмиттером.
- •2.4. Многокаскадные усилители с конденсаторной связью.
- •2.5. Усилители мощности.
- •2.5.1 Усилитель мощности класса а с трансформаторным включением нагрузки (рисунок 2.6)
- •2.5.2. Двухтактный усилитель мощности (рисунок 2.7)
- •2.6. Усилители с обратной связью
- •2.7.Усилители постоянного тока (упт)
- •2.8. Операционные усилители (оу).
- •2.8.1. Инвертирующий усилитель (рисунок 2.19)
- •2.9.1. Компараторы. Триггер Шмитта
- •2.9.2. Мультивибраторы
- •2.9.3. Одновибраторы
- •3. Выпрямители
- •3.1. Структурная схема источника питания постоянного напряжения
- •3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.
- •3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.
- •3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке
- •3.3. Однофазный мостовой выпрямитель
- •3.4. Мостовой выпрямитель с нулевой точкой трансформатора
- •3.5. Трёхфазный выпрямитель с нулевым выводом
- •3.6. Трёхфазный мостовой выпрямитель
- •3.6. Управляемый выпрямитель однофазного тока
- •4. Коммутация однооперационных тиристоров
- •4.1. Узлы параллельной коммутации.
- •4.2. Узлы последовательной коммутации
- •5. Импульсные преобразователи постоянного напряжения
- •5.1. Методы импульсного регулирования постоянного напряжения
- •5.2. Иппн с параллельной коммутацией и коммутирующим контуром, подключаемым параллельно силовому тиристору
- •5.3. Иппн с последовательной коммутацией
- •6. Инверторы.
- •6.1. Автономные инверторы тока (аит)
- •6.1.1. Однофазный параллельный инвертор тока.
- •6.1.2. Трехфазный параллельный аит
- •6.2. Автономные резонансные инверторы (аир).
- •6.2.1. Последовательный аир
- •6.2.2. Последовательный аир со встречными диодами.
- •6.3. Автономные инверторы напряжения.
- •6.3.1. Способ формирования выходного напряжения инвертора в виде импульсов чередующейся полярности и одинаковой длительности.
- •6.3.2. Широтно-импульсный способ формирования и регулирования выходного напряжения инвертора.
- •6.3.2.1. Шир с зависящей от параметров нагрузки формой кривой выходного напряжения.
- •6.3.2.2. Шир с не зависящей от параметров нагрузки формой кривой выходного напряжения.
- •6.3.3. Формирование кривой выходного напряжения инвертора с уменьшенным содержанием гармонических.
- •7. Оптоэлектроника
- •7.1. Управляемые источники света
- •7.2. Фотоприёмники.
- •2.Фотодиоды.
- •3. Фототранзисторы (рисунок 7.8).
- •4. Фототиристоры.
- •7.3. Световоды и простейшие оптроны
- •8. Цифровая техника
- •8.1.Аксиомы, законы, тождества и теоремы алгебры логики
- •8.2. Логические элементы на диодах и биполярных транзисторах.
- •8.2.1. Логический элемент или.
- •8.2.2. Логический элемент и.
- •8.2.3. Логический элемент не.
- •8.2.4. Логический элемент или-не.
- •8.2.5. Логический элемент и-не.
- •8.3. Параметры логических элементов.
- •8.4.Логические элементы на полевых транзисторах.
- •8.4.1. Логический элемент не.
- •8.4.2. Логический элемент или-не.
- •8.4.3.Логический элемент и-не.
1.1.2. Образование носителей заряда в примесных полупроводниках
При производстве полупроводниковых приборов помимо чистых полупроводников используют примесные полупроводники. Введение примеси позволяет создать в полупроводнике преимущественно электронную или дырочную проводимость. В связи с этим различают электронные (n-типа) и дырочные (p-типа) полупроводники.
Для получения полупроводника n-типа в чистый полупроводник вводят примесь, создающую только свободные электроны. Вводимая примесь называется донорной. Для германия и кремния, относящихся к IV группе таблицы Менделеева донорной примесью служит элементы V группы (фосфор, мышьяк), атомы которых имеют пять валентных электронов.
Рисунок 1.7 Рисунок 1.8
При внесении такой примеси, атомы примеси замещают атомы исходного полупроводниках в отдельных узлах кристаллической решетки (рисунок 1.7). Четыре электрона атома донорной примеси участвуют в ковалентной связи с соседними атомами исходного материала, а пятый нет. Он оказывается значительнее слабее связанным со своим атомом и для того чтобы его оторвать от атома и превратить в свободный носитель заряда требуется значительно меньше энергии, чем освободить электрон от ковалентной связи. В результате избыточный электрон покидает атом и становится свободным при комнатной температуре. На энергетической диаграмме (рисунок 1.8) вводимая примесь приводит к появлению в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости локальных валентных уровней энергии, заполненных электронами при температуре абсолютного нуля. Число локальных уровней определяется количеством атомов примесей в кристалле.
Ширина и поэтому при комнатной температуре все электроны донорных уровней перейдут в зону проводимости и могут участвовать в создании тока. Поэтому концентрация электронов в полупроводнике n-типа значительно выше концентрации дырок, образующихся в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом электроны являются основными носителями заряда, а дырки неосновными носителями заряда.
В полупроводниках p-типа введение примеси направлено на повышение концентрации дырок. В качестве примесей используются элементы 3группы таблицы Менделеева (индий, галлий, алюминий, бор).
Рисунок 1.9 Рисунок 1.10
Каждый атом примесей образует только три заполненные ковалентные связи с соседними атомами исходного полупроводника в кристаллической решетке (рисунок 1.9). Четвертая связь остается незаполненной. Недостающий валентный электрон для заполнения связи принимается от одного из соседних атомов кристаллической решетки, т.к. требуемая для такого перехода энергия невелика. Переход электрона приводит к образованию дырки в ковалентной связи соседнего атома, откуда ушел электрон, и превращению атома примеси в неподвижный отрицательный ион. В результате за счет примеси достигается повышение концентрации дырок в полупроводнике. Атомы примеси, принимающие валентные электроны соседних атомов, называются акцепторами, а сама примесь - акцепторной.
При наличии акцепторной примеси в запрещенной зоне энергетической диаграммы (рисунок 1.10) полупроводника вблизи валентной зоны появляются локальные уровни энергии, свободные от электронов при температуре абсолютного нуля. Число локальных уровней определяется концентрацией атомов примеси в кристалле и поэтому при комнатной температуре все акцепторные уровни будут заняты электронами пришедшими из валентной зоны. В валентной зоне появится большая концентрация дырок. Поэтому концентрация дырок в полупроводнике p-типа значительно больше концентрации свободных электронов. Дырки являются в этом случае основными носителями заряда, а электроны - неосновными носителями заряда.
Необходимая примесь вносится в таком количестве, чтобы концентрация основных носителей заряда на два - три порядка превышала концентрацию неосновных носителей заряда.