Г) вольт-амперна характеристика
Залежність струму через р-n-перехід від прикладеної до нього напруги є вольт-амперною характеристикою р-n-переходу. Для її зняття один раз р-n-перехід включають в зворотному напрямку (рис.54, а), а потім в прямому (рис.54,б).
З наведеної вольт-амперної характеристики (рис.55) випливає, що р-n-переходу притаманні нелінійні властивості. Значення і напрям струму, який протікає через р-n-перехід, залежить від значення й знака прикладеної напруги. При прямій напрузі опір р-n-переходу незначний, а струм великий. При зворотній напрузі опір р-n-переходу набагато більший і зворотний струм дуже малий.
Отже, р-n-перехід має односторонню провідність, що дає змогу використати його для випрямлення змінного струму.
Якщо зворотна напруга перевищує деяке значення Uпрб, що називається пробивною напругою, то зворотний струм різко зростає. Якщо його не обмежити, то відбувається електричний пробій р-n-переходу, що супроводжується часто тепловим пробоєм. Електричний пробій пояснюється значним збільшенням напруженості електричного поля в р-n-переході при Uзв > Uпрб . Воно надає електронам і діркам енергії, достатньої для ударної іонізації частинок в переході, відбувається лавиноподібне зростання додаткових пар зарядів. Внаслідок цього різко зростає зворотний струм. Короткочасний електричний пробій не руйнує р-n-переходу, тобто є оборотним явищем, а тепловий пробій супроводжується перегріванням р-n-переходу, що виводить його з ладу.
|
|
|
Напівпровідникові діоди, їх будова, характеристики
Напівпровідниковим діодом називається електроперетворювальний прилад з одним p-n переходом і двома зовнішніми виводами від областей кристала з провідностями різних типів (рис.56,а, де UЗ – запірна різниця потенціалів, утворена подвійним шаром іонів на p-n переході).
Схематичне позначення діода наведено на рис.56, б. Прямий струм в напівпровідниковому діоді напрямлений від одного виводу до другого, які
відповідно називаються анодними і катодними виводами.
Так як властивості, електричні характеристики та параметри будь-якого напівпровідникового діода визначаються p-n переходом, то вольт-амперною характеристикою діода є вольт-амперна характеристика p-n переходу
(рис.55).
Основними параметрами напівпровідникового діода є припустимий прямий струм Іпр і відповідна йому пряма напруга Uпр, а також припустима зворотна напруга Uзв. Пряма напруга Uпр складає долі одиниць вольт, а величина Іпр може досягати десятків і сотень Ампер. Припустима зворотна напруга на 2-3 порядки більше за пряму напругу. Тобто Uпр набагато менша від Uзв. Умовою відкритого стану діода є UАК ≥ UЗ . У відкритому стані (пряма гілка вольт-амперної характеристики) струм через діод утворений основними носіями заряду. В закритому стані, коли до діода прикладена зворотна напруга, по ньому однак протікає струм, який утворюється неосновними носіями зарядів, для яких не існує потенціального бар’єру (зворотна гілка вольт-амперної характеристики).
|
|
|
Напівпровідникові діоди широко використовуються для розв’язання широкого кола задач промислової електроніки. Малі маси та габарити, високий опір зворотному і малий опір прямому струмам, висока швидкодія дають змогу використовувати їх практично в будь-яких виробах сучасної електроніки. За призначенням напівпровідникові діоди поділяються на випрямляючі, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опорні (стабілітрони), перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди тощо.
Стабілітрон
Стабілітрон - діод, який застосовується для стабілізації напруги в електричних колах. В стабілітронах для стабілізації напруги використовується явище неруйнівного електричного пробою p-n переходу під час увімкнення діода у зворотному напрямку.
Схематичне позначення стабілітрона та його вольт-амперна характеристика наведені на рис.58 ,а,б. Якщо зворотна напруга такого діода перевищує Uпрб, відбувається лавинний пробій p-n - переходу. При цьому спостерігається помітне зростання зворотного струму від Іmin ст до Іmax ст. при майже незмінному значенні зворотної напруги. Якщо зворотний струм через стабілітрон не перевищує припустимого значення Іmax ст , то електричний 
пробій не приводить до руйнування діода протягом як завгодно тривалого часу його роботи.
|
|
|
Це явище і використане в стабілітронах, які вмикають в схеми стабілізації джерел постійної напруги (рис.58,в), коли напруга джерела нестабільна, а опір навантаження Rн в більшості випадків постійний. На рис.58,в Rобм – обмежувальний опір для забезпечення необхідного значення стабілізованої напруги на навантаженні Rн. Якщо напруга на затискачах джерела Uвх коливається від Umin до Umax, то для визначення величини обмежувального опору знаходять середнє значення напруги джерела Uвх ср і середнє значення струму через стабілітрон (рис.58,б):
,
.
Величину обмежувального опору обирають, виходячи з законів Кірхгофа: за першим законом Кірхгофа І=Іср+Ін, за другим законом Кірхгофа
, де Ucт – напруга стабілізації, що відповідає середній точці “С” на вольт-амперній характеристиці (рис.58,б). Звідси маємо:
|
|
|
.
Транзистор
Транзистори - напівпровідникові прилади, які використовуються для підсилення електричних сигналів за потужністю. За принципом дії транзистори діляться на біполярніі уніполярні (або польові). Біполярні транзистори – це прилади, в яких струм зумовлений рухом носіїв зарядів двох знаків – електронів і дірок. В уніполярних транзисторах струм зумовлений рухом носіїв тільки одного знака(або електронами, або дірками).
Біполярний транзистор
Біполярний транзистор - це напівпровідниковий пристрій, що має два p-n – переходи та три електроди. Середній електрод називається базою (Б) , два крайні – емітером (Е) і колектором (К) (рис.59).
Перший p-n – перехід, між емітером і базою, називають емітерним, другий перехід, між базою і колектором, називають колекторним. У транзисторах завжди до емітерного переходу прикладається пряма напруга, а до колекторного – зворотна. Змінюючи напругу між емітером та базою (UЕБ ) можна керувати значенням струму, що протікає від емітера до колектора.
Розрізняють два типи транзисторів: p-n-p – типа (рис.59,а) та n-p-n – типа (рис.59,б). Їх схематичні позначення наведені на рис.59,д і 59,е відповідно.
Принцип роботи
Розглянемо процеси, що відбуваються в транзисторі, на прикладі транзистора p-n- p – типу за схемою під’єднання в зовнішнє коло зі спільною базою (рис.60).
До емітерного переходу (ЕП) підводиться пряма напруга UЕБ, тому навіть при невеликих напругах через цей перехід протікає струм, який обумовлений переходом дірок з емітера в область бази (інжекцією дірок). База виконана з n – напівпровідника, тому дірки для неї є неосновними носіями заряду. Дірки, які потрапили в область бази, частково рекомбінують з електронами бази, створюючи базовий струм ІБ.
До колекторного переходу (КП) підводиться зворотна напруга UБК., яка набагато більша за UЕБ. Решта частина дірок під дією цієї напруги долає колекторний перехід (КП), досягає колектора, створюючи колекторний струм ІК. В області контакту колектора із зовнішнім колом дірки рекомбінують з електронами, які підходять з зовнішнього кола від джерела напруги ЕК. Отже, змінюючи напругу між емітером і базою, будемо змінювати концентрацію неосновних носіїв струму в базі, і тим самим регулювати струм колектор-емітер. Зміна кількості неосновних носіїв струму в базі відповідає силі струму бази ІБ.
Як випливає з вищесказаного, транзистор p-n-p – типу підпорядковується таким правилам:
а) емітер має вищий потенціал, ніж потенціал колектора;
б) переходи емітер-база (ЕП) та база-колектор (КП) працюють як діоди (перший завжди відкритий, другий – закритий) (рис.59, в,г);
в) струм колектора пропорційний струму бази, тобто ІК = β ІБ, де β – коефіцієнт передачі струму бази;
г) кожен транзистор характеризується максимальним значенням струму колектора (ІК) та бази ( ІБ ) і напругою між колектором та емітером.
Для збільшення коефіцієнта передачі β товщину бази намагаються зробити якомога меншою.
Оскільки емітерний перехід вмикається прямо, то він має малий опір. Колекторний перехід вмикається зворотно й тому має дуже великий опір. До емітера прикладається невелика напруга (UЕБ ), а до колекторного (UБК) дуже велика (десятки вольт), тобто маємо
UБК > UКЕ >> UЕБ.
Як видно із рис.60 зв’язок між струмами транзистора такий: ІЕ = ІК + ІБ, причому ІЕ > ІК >> ІБ.
Таким чином, база грає роль регулювального опору Rр (рис. 6.15). Змінюючи опір Rр, змінюємо величину колекторного струму:
.
Транзистор n-p-n – типу працює аналогічно, але до нього подаються напруги протилежної полярності (рис.59 б, г,е).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 573; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!