4.8.2 Вольтамперна характеристика p-n-переходу. Напівпровідникові діоди та інші прилади із одним p-n-переходом

При прикладанні до p-області +, а до n-області - зменшується висота потенціального бар’єру, і таким чином, збільшується кількість носіїв - електронів, що переходять з n-області в p, і дірок, що переходять з p-області в n-область (рис. 4.14, а).

При збільшенні напруги потенціальний бар’єр зменшується - струм зростає (прямий струм).

Якщо прикласти до p-області - , а до n-області +, то висота потенціального бар’єру зростає; кількість електронів, що можуть перейти із n-області в p-область наближається до нуля, тому струм забезпечується неосновними носіями - електронами, що переходять із p-області і дірками, які переходять з n-області в p-область (рис. 4.14, б).

Кількість неосновних носіїв невелика, тому струм (зворотній струм), який ними зумовлений, - невеликий.

Вольт-амперна характеристика, що відповідає розглянутим процесам в p-n-переході, представлена на рис. 4.14, в.

Струм називається прямим, коли відповідає зовнішній різниці потенціалів (напрузі) u, прикладеній в прямому напрямку, а при зворотній полярності зовнішньої різниці потенціалів він називається зворотнім. При прикладанні зовнішньої напруги в прямому напрямку струм зростає по експоненті, а в зворотньому – він швидко насичується і на порядок менший прямого. Так що коефіцієнт випрямлення .

Існує цілий ряд напівпровідникових приладів із p-n-переходом. Їх різновидності:

1. Напівпровідникові діоди, що служать:

а) випрямлячами;

б) нелінійними елементами для виділення певної гармоніки.

2. Фотодіоди – це фотоелементи з p-n-переходом, які служать для генерації електричного струму при їх освітліенні.

Наявність p-n-переходу приводить до розділення пари електрон-дірка, які були створені під дією світла, тому і утворюється різниця потенціалів, а при замиканні кола протікає фотострум.

3. Світлодіоди – перетворювачі електричної енергії в світлову. Важливі складові оптоелектроніки.

4. Напівпровідникові лазери.

5. Стабілітрони – стабілізатори напруги.

4.8.3 Транзистор

Це - напівпровідниковий прилад, в якому є два p-n-переходи, що розділяють три області: емітер, базу, колектор. Бувають n-p-n i p-n-p транзистори.

Транзистор – це твердотільний аналог підсилювальної електронної лампи.

В транзисторі при подачі змінного сигналу основна частина інжекто-ваних носіїв із емітера через базу, яка є дуже тонкою, проходить в область колектора, де втягується завдяки полю колекторного p-n-пере-ходу в колекторне коло транзистора, що має великий внутрішній опір (рис. 4.15). Цей перехід включений у зворотньому напрямку.

Товщина бази робіться настільки малою, щоб до колектора дійшли майже всі носії. Тому: , >0,9, тобто .

Перейшовши в область колектора, носії викликають відповідне перетікання електричних носіїв в зовнішньому колі і поскільки внутрішній опір колектора дуже великий, послідовно з ним можна підключати великий навантажувальний зовнішній опір R_н.

Принцип підсилення можна описати якісними формулами:

Поскільки

, то коефіцієнт підсилення .

Транзистори служать для підсилення напруги і потужності, чим і відрізняються від трансформаторів. Вибір режиму роботи дозволяє використати транзистори як електронні ключі.

Напівпровідниковий прилад з трьома p-n-переходами, що служить також ключем, називається тиристор.