Лекция №14 Электроника В настоящие время в технике используется в основном полупроводниковые электронные приборы (диоды, стабилитроны, полевые и биполярные транзисторы, тиристоры, варикапы и т.д). Полупроводники – это тела, занимающие среднее положение между металлическими проводниками и диэлектриками, как по величине удельного сопротивления, так и по характеру действия ионов тела на электроны, движение которых создает электрический ток. В полупроводниках (кремний Si, германий Ge) электроны связаны с ионами тела сильнее, чем в металлах, но все же гораздо слабее, чем в диэлектриках. Поэтому тепловое движение нарушает связь части электронов с ионами и эти электроны становятся «свободными», т.е. под действием электрического поля могут создавать ток. Чем выше температура, тем больше число электронов участвует в образовании электрического тока. Поэтому удельное сопротивление полупроводника уменьшается с ростом температуры. Т.е. переноносенными в полупроводниках, как и в металлах могут являться электроны, но процесс переноса может быть и иным чем в металлах. Т.е наряду с электронной может наблюдаться и так называемая «дырочная проводимость». Преобладание того или другого типа проводимости зависит от наличия в полупроводнике тех или иных примесей. (Сурьма Sb, фосфор Р, галий Ga, индий In). Если атомы примеси способны захватывать электроны полупроводника, то в полупроводнике образуются «дырки», т.е. состояния, которые могут быть заняты электронами. Но свободные электроны при этом не появляются, т.к. атомы примеси, а вместе с ними и захваченные электроны неподвижны. В этом случае электрический ток создается перемещением «дырок». И наоборот, если атомы примеси легко отдают свои электроны, то в полупроводнике появляются свободные электроны без образования «дырок» и эти электроны создают электрический ток. Полупроводники, проводимость которых обусловлена наличием дырок, называют полупроводниками р типа (позитив положительный),а проводимость которых обусловлена свободными электронами называют полупроводниками n типа (негатив - отрицательный). Принцип работы большинства полупроводниковых приборов основан на специфических явлениях, возникающих на границе раздела между полупроводниками n и р типов. Так как разности потенциалов свободных «дырок» и свободных электронов разные, то по обе стороны от границы раздела полупроводников собираются свободные электроны и свободные дырки. При подключении к этим полупроводниках источника питания, ток будет протекать только в одном направлении, а ток в обратном направлении будет практически равен нулю. Полупроводниковые диоды. Одним из самых распространенных видов полупроводниковых приборов являются полупроводниковые диоды – прибор с одним р – n переходом и двумя выводами. В полупроводниковых диодах используется свойство р – n перехода. Хорошо проводить ток в одном направлении и плохо пропускать его в обратном. Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами полупроводникового диода называются прямыми и обратными, токами и напряжениями. Для полупроводникового диода задают вольт-амперную характеристику. Вид вольт- амперной характеристики зависит от способа получения р – n перехода, концентрации свободных дырок и электронов, конструкции и т.д. На рисунке изображена ВАХ германиевого диода и нарисовано условное изображение полупроводникового диода. Прямой ток в полупроводниковом диоде направлен от одного вывода к другому, которые соответственно называются анодным и катодным выводами. В качестве параметров, характеризующих нагрузочную способность полупроводникового диода, указывают: - допустимый прямой ток Iпр. - прямое напряжение Uпр. - обратный ток Iобр. - обратное напряжение Uобр. -допустимая температура окружающей среды (до 50о С для германиевых и до 140о С для кремниевых диодов). По типу конструкции перехода различают точечные и плоскостные полупроводниковые диоды. Точечный диод – прибор, в котором все размеры электрического перехода меньше размеров областей, окружающих его и определяющих физические процессы в переходе. Такой переход возникает, например, при вплавлении кончика металлической иглы в полупроводниковую пластину с одновременной присадкой лигирующего вещества. Из-за малой площади перехода, точечный диод относится к маломощным приборам и применяется главным образом в аппаратуре сверхвысокой частоты. Плоскостный диод – прибор, в котором p-n переход возникает на значительной по площади границе между полупроводниками p- и n- типов. В таких диодах переход получают путем сплавления пластин. Так как площадь p-n перехода большая, допустимая мощность рассеяния диодов малой мощности достигает 1 Вт, при прямом токе 1 А. такие плоскостные диоды часто применяют в цепях автоматики и приборостроения. У плоскостных приборов большой мощности, допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при прямом токе до 1000 А и Uобр до 1500 В. Они применяются в основном в выпрямителях. Так же большое применение нашли полупроводниковые стабилитроны, которые применяются для стабилизации напряжения в электрических цепях. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя p-n перехода при определенных значениях обратного напряжения.