Реферат: Полупроводниковые приборы
Техника полупроводниковых приборов стала самостоятельной областью электроники. Замена электронных ламп полупроводниковыми приборами успешно осуществлена во многих радиотехнических устройствах.
На всем протяжении развития радиотехники широко применялись кристаллические детекторы, представляющие собой полупроводниковые выпрямители для токов высокой частоты. Для выпрямления постоянного тока электрической сети используют купроксные и селеновые полупроводниковые выпрямители. Однако они непригодны для высоких частот.
Ещё в 1922 г. сотрудник Нижегородской радио лаборатории О.В. Лосев получил генерирование электрических колебаний с помощью кристиллического детектора и сконструировал приёмник “Кристадин”, в котором за счет генерации собственных колебаний получалось усиление принимаемых сигналов. Он имел значительно большую чувствительность, нежели обычные приемники с кристаллическими детекторами. Открытие Лосева, к сожалению, не получило должного развития в последующие годы. Полупроводниковые триоды, получившие названия транзисторов, предложили в 1948 г. американские ученые Бардин, Браттейн и Шокли.
По сравнению с электронными лампами у полупроводниковых приборов имеются существенные достоинства:
1. Малый вес и малые размеры.
2. Отсутствие затраты энергии на накал.
3. Большой срок службы (до десятков тысяч часов).
4. Большая механическая прочность (стойкость к тряске, ударам и другим видам механических перегрузок).
5. Различные устройства (выпрямители, усилители, генераторы) с полупроводниковыми приборами имеют высокий КПД, так как потери энергии в самих приборах незначительны.
6. Маломощные устройства с транзисторами могут работать при очень низких питающих напряжениях.
Вместе с тем полупроводниковые приборы в настоящее время обладают следующими недостатками:
1. Параметры и характеристики отдельных экземпляров приборов данного типа имеют значительный разброс.
2. Свойства приборов сильно зависят от температуры.
3. Работа полупроводниковых приборов резко ухудшается под действием радиоактивного излучения.
и т.д.
Транзисторы могут работать почти во всех устройствах, в которых применяются вакуумные лампы. В настоящее время транзисторы успешно применяются в усилителях, приёмниках, передатчиках, генераторах, измерительных приборах, импульсных схемах и во многих других устройствах.
Виды проводимости
Полупроводники представляют собой вещества, которые по своей удельной электрической проводимости занимают среднее место между проводниками и диэлектриками. В современных полупроводниковых приборах широко используется такие полупроводники, как германий, кремний, селен, арсенид галлия и др.
Для полупроводников характерен отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления. При возрастании температуры сопротивление полупроводников уменьшается, а не увеличивается, как у большинства твердых проводников. Кроме того, электрическое сопротивление полупроводников сильно зависит от количества примесей в полупроводников сильно зависит о таких внешних воздействий, как свет, электрическое поле, ионизирующее излучение и др.
Принципы работы полупроводниковых диодов и транзисторов связаны с тем, что в полупроводниках существует электропроводность двух видов. Так же, как и металлы, полупроводники обладают электронной электропроводностью , которая обусловлена перемещением электронов проводимости. При обычных рабочих температурах в полупроводниках всегда имеется электроны проводимости, которые очень слабо связаны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловой движение между атомами кристаллической решетки. Эти электроны под действием разности потенциалов могут получить дополнительное движение в определенном направлении, которое и является электрическим током. Полупроводники обладают также дырочной электропроводимостью, которая не наблюдается в металлах. Отсутствие электрона в атоме полупроводника, т.е. наличие в атоме положительного заряда, назвали дыркой . Этим подчеркивают, что в атоме не хватает одного электрона, т.е. образовывалось свободное место. Дырки ведут как элементарные положительные заряды.
Электронно-дырочный переход
Область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности называется электронно-дырочным или р-n переходом. Электронно-дырочный переход обладает свойством несимметричной проводимости, т.е. представляет собой нелинейное сопротивление. Работа почти всех полупроводниковых приборов, применимых в радиоэлектронике, основана на использовании свойств одного или нескольких p-n переходов.
 |
????? ??????? ?????????? ??????????? (???.1). ??? ??? ???????? ?????? ? ?????? ?????????????? ????????? ????????????? ???????? ????????, ?.?. ????? ????????? ???????? ????????, ?? ? ?????????? ?? ???????? (?????????????) ?? ?????? ?????????????? ? ??????. ??? ? ? ????? ?????? ?????? ????????, ?? ?????? ????????????? ? ????? ? ?????????, ???????? ???????????? ??????, ??? ?? ???????????? ??????, ????, ??? ?? ???????????? ????. ????? ???????, ?? ?????????????? n-???? ? ????????????? p-???? ???????????? ?????????, ? ? ???????? ??????????? ?? ?????????????? p-???? ? ????????????? n-???? ???????????? ?????. ??? ???????????? ??????????? ????????? ???????? ?? ??????? 1 ????????? ?????????. ? ?????????? ???????? ????????? ?? ??? ??????? ??????? ??????? ???? ??????????? ? ????????? ????? ?????????????????? ????????? ???????? ?????? ????????? ??????. ? ??????? n ????????? ????????????? ???????? ?????. ?? ????????? ???????????? ??????????? ??????? ???????? ??????? ? ?????????? ? ??? ??????? ???????. ??????? ????? ? ??????? p ????????? ????????????? ???????? ?????, ???????????? ???????????? ??????????? ??????? ??????????? ??????? ? ?????????? ???? ???????????. ?? ???????1 ??? ????????? ???????? ? ????? ???????? ???????? ?????? ? ??????? ????????.
Между образовавшимися объемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов U = и электрическое поле. Направление вектора напряженности этого поля Е показано на рисунке1.Перемещение неосновных носителей зарядов под действие поля, называемое дрейфом носителей. Каждую секунду через границу в противоположных направления диффундирует определенное количество электронов и дырок, а под действием поля такое же их количество дрейфует в обратном направлении.
Перемещение носителей за счет диффузии называют диффузным током, а движение носителей под действием поля представляет собой ток проводимости. В установившемся режиме, т.е. при динамическом равновесии перехода, эти токи противоположны по направлению. Поэтому полный ток через переход равен нулю, что и должно быть при отсутствии внешнего напряжения.
Полупроводниковый диод.
Электронно-дырочный переход представляет собой полупроводниковый диод.
Нелинейные свойства диода видны при рассмотрении его вольтамперной характеристики. Пример такой характеристики для диода небольшое мощности дан на рис.2. Она показывает что прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении порядка десятых долей вольта. Поэтому прямое сопротивление имеет величину не выше десятков ом. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни
миллиампер и больше при таком же малом напряжении, а R соответственно снижается до единиц ом и меньше.
Участок характеристики для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе, что и сделано на рисунке выше. Обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет лишь единицы или десятки микроампер. Это соответствует обратному сопротивлению до сотен килоом и больше.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--