Урок 1.10 Полупроводники

 

Ранее мы познакомились с проводниками и диэлектриками. В электронике есть еще один класс широко распространенных элементов называемых полупроводниками. На полупроводниках реализуют диоды, применяемые для выпрямления переменного напряжения, транзисторы — для усиления электрических сигналов, и т.д.

Полупроводники – это элементы, которые в зависимости от состояния могут проводить или не проводить электрический ток.

Основными веществами, из которых делают полупроводники, являются кремний и германий. Реже применяется селен и другие.

Перед изготовлением полупроводниковых приборов в эти вещества вносят примеси.

Примеси обеспечивают или наличие лишних электронов в полупроводнике или их недостаток.

Если в полупроводнике излишек электронов, т.е. есть электроны не являются прочно привязанными к атому, а без больших затрат энергии могут перемещаться между атомами, то такие полупроводники называют n – типа, или полупроводники с электронной проводимостью.

Если в полупроводнике недостаток электронов, т.е. у атома есть дырка, место где должен быть электрон, но его там нет, а электрон соседнего атома может без больших затрат энергии перейти в эту дырку и дырка уже будет в другом атоме. Таким образом, создается впечатление, что в полупроводнике перемещается дырка. Полупроводники в этом случае называют р – типа, или полупроводники с дырочной проводимостью.

Если взять кристалл полупроводника р – типа и соединить его с кристаллом полупроводника n — типа, то получим р — n   переход. Этот р — n   переход обладает односторонней проводимостью.

	р — n   переход подключен в обратном направлении, электроны и дырки разведены к внешним краям кристалла, сопротивление большое, тока нет.
	р — n   переход смещен в прямом направлении, электроны и дырки прижаты к внутренней границе перехода, сопротивление минимально, ток максимальный.

Простейшим полупроводниковым прибором имеющим один  р — n   переход является диод. Вывод диода, который соединен с кристаллом р – типа называется анодом, а вывод который соединен с кристаллом n – типа называется катодом.

Основное назначение диода проводить ток, когда напряжение на его аноде положительное относительно его катода и не проводить, если напряжение на аноде отрицательное относительно его катода.

Основные параметры диодов:

— допустимый прямой ток ( когда диод открыт);

— допустимое обратное напряжение (когда диод закрыт);

— граничная частота переменного напряжения, при которой диод выполняет свои функции;

— емкость р — n   перехода ( для высокочастотных диодов);

— падение напряжения в открытом состоянии;

Разновидностей диодов очень много. Есть диоды, которые светятся при прохождении тока через них (светодиоды), диоды, ток через которые зависит от освещенности кристалла (фотодиоды), диоды, емкость р — n   перехода которых меняется в зависимости от приложенного напряжения (варикапы), диоды, обратное напряжение пробоя которых стабильно (стабилитроны) и т.д. В таблице ниже приведены обозначения некоторых распространенных типов диодов:

Обозначение на схеме	Тип	Фото
	Диод
	Светодиод
	Варикап
	Стабилитрон

Основной неисправностью диодов является пробой, который наступает вследствие превышения предельных параметров – допустимого прямого тока или допустимого обратного напряжения. В результате, кристалл внутри диода разрушается, и происходит обрыв, или короткое замыкание. Проверяется диод омметром после отключения от схемы.

Исправный диод при одной полярности измерительных щупов омметра имеет малое сопротивление, при изменении полярности щупов – в разы большее.

Транзисторы

Полупроводниковые приборы с двумя р — n переходами называются транзисторами. Транзисторы структуры   p – n – p называются транзисторами прямой проводимости, а структуры n – p – n транзисторами обратной проводимости. Выводы транзисторов называются эмиттер (э), база (б) и коллектор (к).

Транзисторы обладают усилительными свойствами. Если на вход схемы, реализованной на транзисторе, подать слабый сигнал, то на выходе можно получить в разы усиленный. Описанные выше транзисторы называются биполярными.

Есть еще огромный класс полевых транзисторов. Они отличаются конструктивно от биполярных, являются более экономичными, так как управление происходит не током, как у биполярных, а полем в области затвора. Их выводы называются затвор (З), исток (И), сток (С).

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя р — n переходами. Имеет два состояния: полностью открыт или полностью закрыт, т.е. работает как ключ. Имеет анод (А), катод (К) и управляющий электрод (Уэ). Изменяя время открытого и закрытого состояния тиристора, можно изменять мощность в нагрузке, которая питается через тиристор.

Обозначение на схеме	Тип	Фото
	p – n – p
	n – p – n
	Полевой транзисторn — типа
	Полевой транзистор p — типа
	Тиристор

Пример простейшего усилительного каскада на транзисторе:

Основные параметры транзисторов такие, как и у диодов, плюс еще коэффициент усиления.

Проверить омметром можно только биполярные транзисторы и тиристоры. Плевые транзисторы нельзя, кроме того маломощные полевые транзисторы при проверке омметром можно вывести из строя. Для их проверки существует специальная методика с которой мы познакомимся позже.

При проверке омметром биполярный транзистор можно представить эквивалентной схемой из двух диодов.

Цель этого урока первоначальное знакомство с огромным классом радиоэлементов, называемых полупроводниковые приборы.

Постепенно, по мере необходимости, мы будем углублять и расширять познания в этой области.