Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

АД516Б - диод арсенидогаллиевый точечный импульсный, вос.овр>150 не, номер разработки 16, группа Б.

В эксплуатации еще находятся диоды, выпушенные промышленностью до ввода в действие настоящего ГОСТ, которые имеют старые обозначения; например, выпрямительные диоды Д7Ж (германиевый), Д205, Д226В, Д245 (кремниевые), а также стабилитроны Д808, Д814А (Б, В, Г).

Диоды большой мощности, называемые силовыми, выпускаются промышленностью на токи 10 А и выше (до 2000 А) и обратные напряжения до 3500 В. Они предназначены для применения в силовых цепях электротехнических устройств в качестве вентилей. Силовые диоды имеют другую систему обозначений: например, ВК-200 - вентиль кремниевый, на прямой ток 200 А.

Конструкция и внешний вид диодов различной мощности даны на рис. 1.23.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте вольт-амперную характеристику полупроводникового диода и объясните его принцип действия.

2. Чем отличаются свойства германиевых и кремниевых диодов?

3. Перечислите и дайте формулировку основных параметров диода и покажите на вольт-амперной характеристике, как определяются сопротивления диода в прямом и обратном направлениях.

4. Нарисуйте вольт-амперную характеристику кремниевого стабилитрона и покажите на ней рабочий участок.

5. Нарисуйте схему включения стабилитрона и поясните принцип стабилизации напряжения на нагрузке.

6. Объясните назначение и принцип действия импульсных диодов.

7. Каково назначение и принцип действия туннельных диодов?

8. Какой прибор называют варикапом и для чего Он применяется?

9. Объясните буквенно-цифровую систему обозначения диодов.

Глава 1.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1.4.1. Устройство и принцип действия транзисторов

Биполярным транзистором, или просто транзистором, называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-п переходами и тремя выводами. Он имеет трехслойную структуру, состоящую из чередующихся областей с различными типами электропроводности: р-п-р или п-р-п (рис. 1.24).

Работа биполярного транзистора зависит от носителей заряда Обеих полярностей - электронов и дырок; отсюда его название биполярный .

Основным элементом транзистора является кристалл кремния или германия с созданными в нем двумя плоскостными р-п переходами. Структура такого кристалла р-п-р-тша, изготовленного по сплавной технологии, показана на рис. 1.25, а. Пластина полупроводника п-типа с заранее введенной в небольшом количестве донорной примесью является базовой. На нее наплавляются с двух сторон таблетки акцепторной примеси: для германия - индий, для кремния - алюминий. В процессе термической обработ-

ки атомы акцепторной примеси проникают в кристалл, создавая р-области. Между р-областями и полупроводником п-типа образуются р-п переходы. Процесс введения примесей контролируется таким образом, чтобы в одной р-области была большая их концентрация (на рисунке -в левой р-области), чем в другой. Наименьшая концентрация примеси остается в средней области п-типа.

Наружная область с наибольшей концентрацией примеси называется эмиттером, вторая наружная область - коллектором, а внутренняя область - базой. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным переходом, а между коллектором и базой - коллекторным переходом.

р р iQf р igf

Рис. 1.24. Трехслойные структуры и условные графические обозначения транзисторов типа р-п-р (а) и п-р-п (б)

Рис. 1.25. Структура (а) и конструкция (б) сплавного транзистора: / - дно корпуса; 2 - крышка корпуса; 3 - внешние выводы; 4 - кристалл кремния п-типа; 5, 6 - таблетки алюминия; 7 - кристал-лодержатель

В соответствии с концентрацией основных носителей заряда база является высокоомной областью, коллектор - низкоомной, а эмиттер - самой низкоомной. Толщина базы очень мала и составляет единицы микрометров. Площадь коллекторного перехода в несколько раз превышает площадь эмиттерпого. Пример конструкции маломощного германиевого транзистора дан на рис. 1.25,6.

Применение транзистора для усиления электрических колебаний основано на его принципе действия как управляемого электронного прибора.

В схеме включения транзистора (рис. 1.26) к эмиттерному

переходу должно быть приложено прямое напряжение, а к коллекторному- обратное. Если на эмиттерном переходе нет напряжения, то через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток /кобр. По сравнению с рабочим током им можно пренебречь для упрощения рассуждений и считать, что в коллекторной цепи тока нет, т. е. транзистор закрыт.

При подаче на эмиттерный переход прямого напряжения от источника питания £э происходит инжекция носителей заряда из эмиттера в базу, где они являются неосновными. Для транзистора р-п-р этими носителями заряда являются дырки. Движение дырок в процессе инжекции через эмиттерный переход создает

Инжекция База Экстракция

Эмиттер

©-

Ноллектор

-О V

Рис. 1.26. Принцип действия транзистора

ток эмиттера Д. Дырки, перешедшие в базу, имеют вблизи р-п перехода повышенную концентрацию, что вызывает диффузию их в базе. Толщина базы очень мала, поэтому дырки в процессе диффузии оказываются вблизи коллекторного перехода. Большая их часть не успевает рекомбинировать с электронами базы и втягивается ускоряющим электрическим полем коллекторного перехода в область коллектора. Происходит экстракция дырок под действием обратного напряжения из базы в коллектор. Движение дырок в процессе экстракции из базы в коллектор создает ток коллектора /к. Незначительная часть инжектируемых из эмиттера в базу дырок рекомбинирует в области базы с электронами, количество которых пополняется из внешней цепи от источника Еэ. За счет этого в цепи базы протекает ток базы /б. Он очень мал из-за небольшой толщины базы и малой концентрации основных носителей заряда - электронов. При этих условиях число рекомбинаций, определяющих величину тока базы, невелико.

Ток коллектора управляется током эмиттера: если увеличится ток эмиттера, то практически пропорционально возрастет ток

коллектора. Ток эмиттера может изменяться в больших пределах при малых изменениях прямого напряжения на эмиттерном переходе.

Для иллюстрации основных процессов на рис. 1.27 показаны потоки дырок в транзисторе р-п-р при инжекции их через эмиттерный переход ЭП и экстракции через коллекторный переход КП. Дырки для наглядности обозначены белыми знаками плюс в черных кружочках, а электроны - окружностями со знаками минус . Поток инжектируемых дырок разветвляется в базе на основную часть, втягиваемую в коллектор, и незначительную часть, рекомбинирующую с электронами.

Инжекция Энстранция

Эмиттер \ ЗР База / Ноллектор

-/-\-ТГ--п-г-

1э= 1б + 1к J

rifi

ooooooooooooooooooooo

OOOOOOOOOOOOOOOOOOQOO

тЮ E O-

(Unp) (Uo6p)

Рис. 1.27. Иллюстрация процессов в транзисторе с помощью потоков носителей заряда

Кроме того, показаны два процесса, которые по интенсивности неизмеримо меньше основных. Первый из них - генерация пар носителей заряда в области коллектора, обусловливающая его собственную электропроводность и вызывающая прохождение обратного тока коллекторного перехода /кобр. Этот ток создается неосновными носителями заряда, концентрация которых зависит от температуры. Следовательно, обратный ток зависит от температуры; иногда его называют тепловым током. Второй процесс - движение электронов из базы в эмиттер в результате снижения потенциального барьера при прямом напряжении на эмиттерном переходе. Однако учитывая, что концентрация основных носителей заряда (электронов) в базе на два-три порядка меньше концентрации дырок в эмиттере, можно считать, что электронная составляющая прямого тока через ЭП

очень мала и величину тока эмиттера Д определяет дырочная составляющая. Электроны, перешедшие из базы в эмиттер, рекомбинируют в нем с дырками.

Уход дырок из коллектора соответствует приходу на их место электронов из внешней цепи от источника питания £к- Рекомбинация электронов с дырками в базе и в эмиттере компенсируется пополнением их из внешней цепи от источника питания £э и из коллектора за счет обратного тока / обр- Пополнение ушедших из эмиттера в базу дырок происходит за счет ухода электронов из эмиттера во внешнюю цепь под действием источника £j.

Токи трех электродов транзистора связаны соотношением:

Ток базы значительно меньше тока коллектора, поэтому для практических расчетов часто считают ток коллектора приближенно равным току эмиттера: /к Д. Отношение Д/Д = а называют статическим коэффициентом передачи тока эмиттера, или коэффициентом передачи постоянного тока.

Принцип действия транзистора п-р-п аналогичен рассмотренному, но носителями заряда, создающими токи через р-п переходы в процессе инжекции и экстракции, являются электроны; полярность источников Еэ и £к должна быть изменена на противоположную, соответственно изменятся и направления токов в цепях.

На основании рассмотренных процессов можно сделать вывод, что транзистор как управляемый прибор действует за счет создания транзитного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера через базу в коллектор и управления током коллектора путем изменения тока эмиттера. Таким образом, биполярный транзистор управляется током.

Ток эмиттера как прямой ток р-п перехода значительно изменяется при очень малых изменениях напряжения на эмиттер-ном переходе и вызывает, соответственно, большие изменения тока коллектора. На этом основаны усилительные свойства транзистора.

Схема включения транзистора для усиления электрических колебаний содержит две цепи (рис. 1.28): входную и выходную. Входная цепь - в данном случае между эмиттером и базой - является управляющей; в нее последовательно с источником питания Еэ включается источник слабых электрических колебаний вх~, которые надо усилить. Электрические колебания, подаваемые во входную цепь, называют управляющим, или усиливаемым, сигналом. Выходная цепь - между коллектором и базой - является главной цепью; в нее последовательно с источником Ец включается нагрузка /? , на которой надо получить уси-

ленный сигнал. Источник усиливаемых колебаний малой мощности дает небольшое переменное напряжение и вызывает изменения эмиттерпого тока; в результате происходят изменения коллекторного тока и напряжения на нагрузке. Поскольку сопротивление коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, очень велико, коллекторная цепь является высокоомной; в нее включается, соответственно, высокоомная нагрузка /? .

Рис. 1.28. Схема включения транзистора для усиления электрических колебаний

-Ор о- к Еэ -

При этих условиях изменения тока коллектора ДД, практически равные изменениям тока эмиттера ДД, создают в усилителях низкой частоты на большом сопротивлении /? электрические колебания, мощность которых значительно превышает мощность колебаний в низкоомной входной цепи, т. е. происходит усиление электрических колебаний.

1.4.2. Схемы включения и статические характеристики транзисторов

Транзистор имеет три электрода, из которых в схеме включения один - входной, другой - выходной, а третий - общий для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой

Вход

Выход

Выход

Рис. 1.29. Схемы включения транзистора типа п-р-п: а - с общей базой ОБ; б - с общим эмиттером ОЭ; в - с общим коллектором ОК

электрод является общим, возможны три схемы включения транзистора - с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК (рис. 1.29).

В схемах, на которых рассматривался принцип действия транзисторов и его использование для усиления электрических

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.