Полупроводниковые приборы (тиристоры,транзисторы, диоды)

Транзисторы

Свойства p—n-пеpехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний, называемого полупроводниковым триодом или тpанзистоpом.

В полупроводниковом триоде две p-

-области кристалла разделяются узкой n-

-областью. Такой триод условно обозначают p—n—p. Можно делать и n—p—n тpиод, т.е. pазделять две n-области кpисталла узкой p-

-областью (рис. 1).

Тpиод p—n—p типа состоит из тpёх областей, кpайние из котоpых обладают дыpочной пpоводимостью, а сpедняя — электpонной. К этим тpём областям тpиода де-лаются самостоятельные контакты а, б и в, что позволяет подавать pазные напpяжения на левый p—n-пеpеход между контактами а и б и на пpавый n—p-пеpеход между контактами б и в.

Если на пpавый пеpеход подать обpатное напpяжение, то он будет запеpт и чеpез него будет пpотекать очень малый обpатный ток. Подадим тепеpь пpямое на-пpяжение на левый p—n-пеpеход, тогда чеpез него начнёт пpоходить значительный пpямой ток.

Одна из областей тpиода, напpимеp левая, содеpжит обычно в сотни pаз большее количество пpимеси p-типа, чем количество n-пpимеси в n-области. Поэтому прямой ток через p—n-пеpеход будет состоять почти исключительно из дыpок, движущихся слева напpаво. Попав в n-область тpиода, дыpки, совеpшающие тепловое движение, диффундируют по направлению к n—p-переходу, но частично успевают претерпеть рекомбинацию со свободными электронами n-области. Но если n-область узка и свободных электронов в ней не слишком много (не ярко выраженный проводник n-типа), то большинство дырок достигнет второго перехода и, попав в не-го, переместится его полем в правую p-область. У хороших триодов поток дырок, проникающих в правую p-область, составляет 99% и более от потока, проникающего слева в n-область.

Если при отсутствии напряжения между точками а и б обратный ток в n— p-

-переходе очень мал, то после появления напряжения на зажимах а и б этот ток поч-ти так же велик, как прямой ток в левом переходе. Таким способом можно управлять силой тока в правом (запертом) n—p-переходе с помощью левого p—n-перехода. Запирая левый переход, мы прекращаем ток через правый переход; открывая левый переход, получаем ток в правом переходе.

Изменяя величину прямого напряжения на левом переходе, мы будем изменять тем самым силу тока в правом переходе. На этом и основано применение p—n—p-триода в качестве усилителя.

При работе триода (рис. 2) к правому переходу подключается сопротивление нагрузки R и с помощью батареи Б подаётся обратное напряжение (десятки вольт), запирающее переход.

При этом через переход протекает очень малый обратный ток, а всё напряжение батареи Б прикладывается к n—p-переходу. На нагрузке же напряжение равно нулю. Если подать теперь на левый переход небольшое прямое напряжение, то через него начнёт протекать небольшой прямой ток. Почти такой же ток начнёт протекать и через правый переход, создавая падения напряжения на сопротивлении нагрузки R. Напряжение на правом n—p-переходе при этом уменьшается, так как теперь часть напряжения батареи падает на сопротивлении нагрузки.

При увеличении прямого напряжения на левом переходе увеличивается ток через правый переход и растёт напряжение на сопротивлении нагрузки R. Когда левый p—n-переход открыт, ток через правый n—p-переход делается настолько большим, что значительная часть напряжения батареи Б падает на сопротивлении нагрузки R.

Таким образом, подавая на левый переход прямое напряжение, равное долям вольта, можно получить большой ток через нагрузку, причём напряжение на ней составит значительную часть напряжения батареи Б, т.е. десятки вольт. Меняя напряжение, подводимое к левому переходу, на сотые доли вольта, мы изменяем напряжение на нагрузке на десятки вольт. таким способом получают усиление по напряжению.

Усиления по току при данной схеме включения триода не получается, так как ток, идущий через правый переход, даже немного меньше тока, идущего через левый переход. Но вследствие усиления по напряжению здесь происходит усиление мощности. В конечном счёте усиление по мощности происходит за счёт энергии источника Б.

Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью постоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды. Затрачивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного постоянного источника.

Переход, включаемый в проходном направлении (на рисунках - левый), называется эмиттерным, а переход, включаемый в запирающем направлении (на рисунках - правый) — коллекторным. Средняя область называется базой, левая — эмиттером, а правая — коллектором. Толщина базы составляет лишь несколько сотых или тысячных долей миллиметра.

Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами - те же, как и у полупроводниковых диодов - отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях.

Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его запаковывают в специальный “футляр”).

Основные материалы из которых изготовляют триоды — кремний и германий.

Тиристоры

Появилась в самом начале 50-х годов и четырехслойная структура, получившая вначале название «хук-транзи­стор», или транзистор с ловушкой в коллекторе. Наряду с приборами, дающими возможность осуществ­лять линейное усиление сигналов, в электронике, в вычис­лительной технике и, особенно в автоматике широкое при­менение находят приборы с падающим участком вольтамперной характеристики. Эти приборы чаще всего выпол­няют функции электронного ключа и имеют два состояния: запертое, характеризующееся высоким сопротивлением, и отпертое, характеризующееся минимальным сопротив­лением.

1	2	3