Введение в электронику: Диоды

July 11, 2014 by admin Комментировать »

Полупроводниковый диод образуется простым соединением кристалла типа η с кристаллом типа р. Электроны в таком p-η переходе могут перемещаться из кристалла п, где их избыток, к кристаллу р, где они в дефиците, но исключительно в одном направлении. В полупроводниковых приборах процессы перемещения зарядов происходят в кристалле (твердом теле), а в электронных лампах – в вакууме.

При соединении двух кристаллов чистого кремния ничего подобного не произойдет, даже если подключить к ним источник напряжения, поскольку избыточные носители заряда не образуются.

Проведя исследование p-η перехода с помощью батарейки и измерительного прибора (амперметра), вы обнаружите, что ток легко протекает через переход, если кристалл кремния р соединен с положительным полюсом батареи, а кристалл η – с отрицательным. При изменении полярности батарейки тока нет. Эта односторонняя проводимость объясняется тем, что противоположные заряды (электронов и дырок) устремляются друг к другу. Поскольку электроны могут перемещаться только в пределах своего кристалла кремния, силы притяжения сместятся, следовательно, к переходу между кремнием пир. Электроны кремния ή привлекаются дырками кремния р к переходу с такой силой, что некоторые из них пересекут его. Аналогичная ситуация наблюдается и с дырками слоя кремния р.

Отрицательный полюс батареи пытается «перегнать» электроны кремния η к кремнию р, в то время как положительный полюс является «магнитом» для электронов. Под влиянием всех этих сил электроны пересекают переход.

При изменении полярности батарейки ток не возникнет, поскольку заряды не смогут пересечь p-η переход, так как на границе перехода образуется энергетическое препятствие, называемое поттцльным барьером.

Существует огромное количество различных типов диодов (рис. 1.11), предназначенных главным образом для выпрямления тока. Отличаются они в основном технологией изготовления и характеристиками. Диоды, пропуская ток только в одном направлении, преобразуют переменный ток в постоянный. Они имеют два электрода: катод, соответствующий кристаллу типа п, и анод, соответствующий кристаллу типа р.

Рис. 1.11. Диоды

Широкое применение находят диоды с мощным электронно-дырочным переходом, используемые главным образом для выпрямления переменного тока. В одном корпусе могут быть скомпонованы четыре диода, образующие диодный мост, который предназначен для выпрямления обеих фаз переменного тока. Диоды малой мощности используются  в устройствах электронной логики и для детектирования радиосигналов. Их часто называют сигнальными диодами.

Существуют также диоды для стабилизации напряжения – стабилитроны. При подаче на них обратного напряжения они способны поддерживать на катоде фиксированный потенциал с большой точностью.

Наконец, существуют светоизлучающие диоды (светодиоды), которые при прохождении через них тока начинают светиться. Выпускаются обычно диаметром 3 или 5 мм, красного, зеленого или желтого цвета свечения.

Транзисторы

Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод. Он состоит из трех слоев кремния с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа р-п-р или п-р-п. Функционирование транзисторов также основывается на свойствах р-п переходов.

Центральный, или средний, слой называют базой (Б),* два других – соответственно эмиттер (Э) и коллектор (К). Структура транзистора η-р-п приведена на рис. 1.12. Введя слой кремния η между двумя слоями кремния р, можно получить, транзистор р-п-р.

Рис. 1.12. Транзисторы п-р-п и р-п-р

Следует отметить, что существенной разницы между двумя названными типами транзисторов нет и все предлагаемые схемы могут быть смонтированы с тем или другим при соблюдении соответствующей полярности источника питания.

На рис. 1.13 приведено схемное изображение транзисторов (их символы, используемые в схемах). Транзистор -р отличается от транзистора п-р-п направлением стрелки эмиттера.

Для обеспечения правильного функционирования транзистора полярность напряжения, приложенного к его коллектору, должна соответствовать центральный букве его типа.

Объединение этих пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом.

Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет. Если же произьести подключение в соответствии со схемой рис. 1.13, где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный, чем ток базы. При повышении тока базы ток коллектора также будет увеличиваться. С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, эмиттера и коллектора.

Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, например, на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора (табл. 1.2).

При 1Б = 1 мА ток коллектора равен 98 мА, а при 1Б = 2 мА он увеличивается до 198 мА.

Таблица 1.2. Результаты экспериментальной проверки усилительных свойств транзистора

Следовательно, при любом напряжении на сопротивлении R ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Этот коэффициент обозначают буквой β. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Е1апример, транзисторы ВС108А, ВС108В и ВС108С примерно с теми же характеристиками имеют коэффициенты усиления соответственно 100, 200 и 300.

Е1а базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Е1о необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме. Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует  подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать.

Таким образом, транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие с фотоэлектрической ячейки или микрофона, до уровня, который способен «привести в действие» наушник или громкоговоритель в цепи коллектора. Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов. Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току (при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы, пропускающие переменный ток, но не пропускающие постоянный.

Биполярные транзисторы (структуры р-п-р и п-р-п) обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами.

Источник: Фигьера Б., Кноэрр Р., Введение в электронику: Пер. с фр. М.: ДМК Пресс, 2001. – 208 с.: ил. (В помощь радиолюбителю).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты