electro_mu1

обеим сторонам границы раздела образуются разноименно заряженные слои, между которыми возникает контактная разность потенциалов и внутреннее электрическое поле. Если к р-n – переходу подключить источник напряжения, т.е. на внутреннее электрическое поле наложить внешнее, то разность потенциалов между слоями изменится. При подключении источника плюсом к области р, а минусом – к области n разность потенциалов перехода уменьшится или исчезнет совсем. При обратной полярности разность потенциалов наоборот возрастет. Первый способ включения называется прямым и при нем р-n – переход пропускает электрический ток; второй способ – обратный, и при нем р- n – переход электрический ток не пропускает (или почти не пропускает).В этом как раз и заключаются вентильные свойства, т.е. односторонняя электропроводимость электронно-дырочного р-n перехода.

Электронно-дырочный переход обладает также и другими свойствами: стабилизация напряжения и изменение емкости при обратном включении, светоизлучение при прямом включении, фотоэффект – генерация э.д.с или увеличение тока при обратном включении под воздействием излучения, туннельный эффект.

Кристаллы с одним электронно-дырочным переходом, снабженные двумя выводами и размещенные в корпусе, образуют полупроводниковый диод. В зависимости от конструктивного исполнения и выполняемой функции диоды разделяются на разные виды. Классификация диодов по видам и их условные графические обозначения даны на рисунок 2.

В зависимости от конструкционного устройства и технологии изготовления диоды разделяются на плоскостные и точечные: у первых площадь р-n – перехода составляет десятки и сотни квадратных миллиметров, а у вторых – не более одного. Точечные диоды используются как выпрямительные, преимущественно в цепях СВЧ. Плоскостные диоды имеют разнообразное применение: выпрямительные для выпрямления токов от долей ампера до сотен килоампер, стабилитроны для стабилизации напряжений от единиц до тысячи вольт, варикапы для изменения емкости, фотодиоды для изменения обратного сопротивления, светодиоды для получения светового излучения, фотоэлементы для генерации э.д.с. постоянного тока, туннельные диоды для генерации электрических колебаний, оптрон диодныйсочетание в одном приборе свето- и фотодиода.

51

Полупроводниковые

диоды

Рисунок 2

52

3 Биполярные транзисторы

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляют два взаимодействующих электронно-дырочных перехода и который имеет три вывода. Один из переходов (с меньшей площадью) называется эмиттерным, а другой (с большей площадью) – коллекторным. Слой проводника, находящегося между переходами, называется базой. Соответственно выводы называются эмиттерным (Э), базовым (Б) и коллекторным (К). В зависимости от типа проводимости базы и эмиттерной и коллекторной зон транзисторы делятся на два типа – p-n-p и n-p-n. Прямой ток транзистора типа p-n-p направлен от эмиттера И базы и коллектору, а транзистора типа n-p-n от коллектора к базе и эмиттеру, в силу этого транзисторы являются полярными элементами, а отсюда и их название

– биполярные. Условные графические обозначения транзисторов обоих типов показаны на рисунке 3.

Рисунок 3

Биполярные транзисторы применяются для построения на их основе усилительных и ключевых устройств, и могут включаться в электрическую цепь по одной из схем: с общей базой, с общим эмиттером или общим коллектором. Наиболее распространенной и универсальной по параметрам является схема включения с общим эмиттером, изображенная на рисунке 4. В целом это схема усилителя

напряжения, работа которого основа на том, что ток эмиттера Iэ

становится тем больше, чем больше ток базы Iб, а ток коллектора Iк =

Iэ - Iб.

53

Проводимость канала в транзисторах первого типа изменяется за счет регулирования ширины слоя у р-n-перехода, обедненного носителями заряда и распространяющегося поперек канала. Проводимость канала в транзисторах второго типа, чаще называемых транзисторами типа МДП (металл–диэлектрик-полупроводник), изменяется за счет выталкивания поперечным электрическим полем из канала основных носителей в подложку или, наоборот, привлечения их в канал из подложки при другой полярности поля. Условные графические обозначения полевых транзисторов показаны на рисунке 5

биполярных транзисторов, однако полевые транзисторы перед биполярными имеют ряд существенных преимуществ, к которым прежде всего относятся большое входное сопротивление (1010 – 1015 Ом) и, следовательно, очень малые входные токи, большая устойчивость к радиационным излучениям, малый уровень собственных шумов, малое влияние температуры.

5 Тиристоры

Тиристором называют полупроводниковый прибор, имеющий три и более электронно-дырочных перехода с чередующимися слоями

55

полупроводников р- и n- типов. Тиристор может иметь или два вывода от крайних слоев, или три – к двум названным добавляется вывод от одного из промежуточных слоев. Вывод от крайнего слоя р- типа называется анодом (А), а от крайнего n-типа – катодом(К), вывод от промежуточного слоя называется управляющим электродом (У). Тиристор без управляющего электрода называется диодным тиристором или динистором, а с управляющим электродом – триодным тиристором или тринистором. Тиристор с трямя р-n- переходами проводит ток только в одном направлении. Тиристор с четырьмя р-n- переходами может проводить ток в двух направлениях, и он называется симметричным тиристором или симистором. Условные графические обозначения названных типов тиристоров показаны на рисунке 6.

Рисунок 6

Тиристор может находится в двух состояниях: проводящем (включенном) и непроводящем (выключенном). Включение динистора происходит при достижении прямого напряжения критического значения Uвкл, а выключение – при снижении прямого тока, проходящего через него, до значения удерживающего тока Iуд или уменьшении до нуля прямого напряжения, или подаче обратного напряжения. Выключение тринистора происходит при тех же условиях, что и выключение динистора, а вот его включение может произойти и при прямом напряжении, меньшем Uвкл , но при подаче напряжения на управляющий электрод и прохождении через тиристор тока управления Iу . Меняя ток Iу , можно изменять напряжение, при котором тиристор включается.

Тиристоры выполняют роль управляемого или неуправляемого ключа и используются в управляемых выпрямителях и инверторах.

56

Интегральная микросхема – это единое неразъемное изделие малых габаритов (объемом в доли или единицы кубических сантиметров), заключенное в одном корпусе, состоящие из набора большого количества активных – диоды, транзисторы и пассивных – резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности – элементов, выполненных по специальным технологиям в едином технологическом процессе. Функционально микросхема представляет собой одно или несколько одно – или разнотипных устройств для получения или обработки сигналов: генераторы, усилители, выпрямители, ключи, логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, устройства памяти, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т.д. По виду обрабатываемых сигналов микросхемы делятся на аналоговые и цифровые (дискретные).

Основным параметром микросхемы является плотность упаковки, которая характеризует количество элементов в единице объема, а также степень интеграции – количество элементов в одной микросхеме. Степень интеграции варьируется в широком диапазоне – от единиц до сотен тысяч элементов; интегральные микросхемы, имеющие степень интеграции более 1000, получили название больших интегральных схем (БИС). Другие достоинства микросхем – малые габариты и масса, малое потребление энергии, многообразие функциональных возможностей способствует их широчайшему применению в самых различных областях техники, связанных с получением, переработкой, передачей, хранением информации: вычислительная техника, техника связи, измерительная техника и автоматика.

Каждому типу микросхемы присваивается условное буквенноцифровое обозначение (код), по которому можно получить значительный объем информации о назначении микросхемы, ее характеристиках и области применения. Так, например, обозначение КР142ЕН5А говорит, что это: К- микросхема широкого применения, Р- тип корпуса – металлополимерный, 1 – полупроводниковая, 42 – порядковый номер разработки, ЕН – функциональное назначение – стабилизатор напряжения, 5 – условный номер, А – основные электрические параметры: выходное напряжение 5В, выходной ток до 3А, рассеиваемая мощность с теплоотводом 10 Вт.

Каждая микросхема (ее корпус) имеет ряд выводов (от нескольких штук до нескольких десятков), с помощью которых она включается в электрическую цепь; размещаются микросхемы на печатных платах, обеспечивающих их механическое закрепление и

58

связь между собой, а также с входными и выходными устройствами того или иного прибора.

На рисунке 7 представлена схема типового включения микросхемы КР142ЕН5А.

Рисунок 7

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать: название работы, цель, краткие теоретические сведения, условные графические обозначения элементов, а также информацию об элементах электронных устройств, полученную при изучении настоящего методического пособия и демонстрационного стенда, выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Чем отличается линейный полупроводниковый резистор от нелинейного?

2 Каковы области применения полупроводниковых резисторов?

3Сколько p-n-переходов имеет диод?

4Как называются электрические выводы транзистора?

5Сколько p-n-переходов имеет тиристор, транзистор?

6Каковы достоинства и недостатки оптрона?

7Какой основной параметр у интегральных микросхем

8Какова основная область применения интегральных микросхем?

59