Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Магнитная запись импульсов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [ 61 ] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165


10 ма

Рис. 10-3. Типичная аависи-мость электрического сопротивления полупроводникового термосопрогивления с косвенным подогревом от тока в цепи подогревателя.

Термосопротивления с косвенным подогревом, включают в свою конструкцию специальный подогреватель. При этом собственно термистор, введенный в одну электрическую цепь, может изменять свое сопротивление, а значит, и ток в этой цепи в зависимости от силы тока, проходящего в другой цепи, в которую введен подогреватель. Такие термисторы применяются для целей телеуправления и для инерционных систем автоматического регулирования.

Типичная зависимость сопротивления термистора косвенного подогрева от тока подогревателя приведена на рис. 10-3.

Фотосопротивления

В основе действия фото-сопрбтивлений лежит высвобождение носителей электрического заряда в объеме полупроводника под действием света. Сопротивление полупроводника уменьшается при освещении.

В связи с квантовым характером перехода электронов в свободное состояние эффект фотопроводимости возникает лишь при условии, что энергия светового кванта равна или больше ширины запрещенной зоны, т. е.

hx > Eg,

где h <5! 6,62-10-27 эрг-сек - постоянная Планка; v - частота световых колебаний. Отсюда следует наличие красной границы эффекта фотопроводимости:

где с - 3- 10И см/сек - скорость света; Х^р - наиболее длинная световая волна, вызывающая эффект фотопроводимости.

В зависимости от применяемого полупроводника получают фотосопротивления, обладающие различными спектральными характеристиками с максимумами в любой части электромагнитного спектра, от инфракрасных (тепловых) лучей до рентгеновых.

Чувствительность полупроводниковых фотосопротивлений прямо пропорциональна приложенному напряжению и в тысячи раз превышает чувствительность вакуумных фотоэлементов, достигая значений 1-10 а/лм при напряжениях 200-400 в.

Недостатком фотосопротивлений является заметная инерционность их: замедленное нарастание и особенно спадание тока при изменении освещенности, достигающее иногда 0,1 сек. Некоторым типам фотосопротивлений присуща заметная температурная зависимость фототока.

Основное применение полупроводниковые фотосопротивления находят в схемах фотореле и в качестве индикаторов различных излучений.

Электронно-дырочный переход

В основе работы обширного класса полупроводниковых приборов лежит использование электронно-дырочных переходов - границ раздела областей с противоположными типами проводимости (р-п-переходов).

В современных полупроводниковых приборах р-п-переходы создаются специальными технологическими приемами, целью которых является получение такого распределения примесей, что внутри одного и того же кристалла полупроводника образуются области типа р и

В связи с различной концентрацией электронов и дырок в этих областях через границу раздела происходит направленная диффузия электронов из п-области в р-область и дырок навстречу (рис. 10-4). При этом в п-области появляется положительно заряженный слой, а в р-области - отрицательно заряженный слой. Электрическое поле на границе этих

Смещение

Оырок Смещение

электронов

/ Потенциальный

\&арьер

сло^в противодействует дальнейшей диффузии основных носителей тока через переход и создает устойчивый потенциальный барьер (неосновные носители увлекаются этим полем через переход, но вследствие их небольшой концентрации не препятствуют образованию барьера). Таким образом, р-п-переход характеризуется наличием пространственных зарядов по обеим сторонам от границы раздела р- и п-об-ластей, наличием потенциального барьера, электрического поля и как следствие - электрической емкости.

Потенциальный барьер создает эффект односторонней проводимости, на чем основано действие полупроводниковых диодов - выпрямителей (рис. 10-5). При приложении обратного напряжения к р-я-переходу исходный потенциальный барьер еще более повышается и практически полностью запирает прохождение через р- -переход ос-


Рис. 10-4. Распределение электрических зарядов и электрического поля в области р-п-пере-хода.

I Прямой 1 тон

0,5 1 е

Обратный ток 1

Рис. 10-Б. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода.

новных носителей. Неосновные носители увлекакягся тем же полем через переход, но их концентрация мала и их поток через р-п-переход не может создать больших токов; вследствие этого обратный ток у полупроводниковых днодов обычно измеряется единицами - десятками микроампер. При умеренных изменениях приложенного к переходу обратного напряжения обратный ток меняется слабо, так как уже при небольших напряжениях практически все неосновные носители движутся через переход. В прямом же направлении через р-п-переход могут проходить очень большие токи (сотни миллиампер - десятки ампер) при очень малых падениях напряжения (менее 1 в), ибо исходный потенциальный барьер невысок и для его снижения достаточны весьма низкие напряжения. Полупроводниковые диоды как элементы с односторонней проводимостью применяются в силовых выпрямителях, в качестве



детекторов, преобразователей частоты, в импульсных схемах й др.

Электрическое поле, действующее в р-п-переходе, имеет такое направление, что оно захватывает неосновные носители и' перебрасывает их в пг область, где они становятся основными. Если, освещая полупроводник вблизи р-п- перехода, возбудить некоторое количество пар электрон-дырка, то электроны, возбужденные в р-области, будут переброшены в п-область, а дырки, созданные в п-области, будут перенесены в р-о6ласть. В результате этого процесса между внешними выводами полупроводникового диода появляется фото-э. д. с. Фототок увеличивается при приложении к р-п-переходу обратного напряжения от внешнего источника.

пф С


Рис. 10-6. Зависимость электрической емкости р-п-перехода от приложенного к нему обратного постоянного напряжения.

На этом Принципе основано действие фотодиодов, которые уступают по чувствительности фотосопротивлениям, но зато обладают малой инерционностью и годны, например, для воспроизведения тонфильма.

По мере увеличения приложенного к р-п переходу обратного напряжения напряженность поля возрастает и при некотором значении обратного напряжения t/обр- макс- достигает пробивного значения, причем наблюдается лавинообразное нарастание обратного тока. Это явление используется в специальных типах полупроводниковых диодов (стабилитронах) для целей стабилизации напряжения.

Наконец, прикладывая большее или меньшее обратное напряжение, можно изменять высоту потенциального барьера и толщину объемных зарядов в районе р-п-перехр-да, вследствие чего будет изменяться электрическая емкость р-п-перехода. На этом основано применение полупроводниковых диодов для электрической настройки колебательных контуров, для осуществления частотной^ модуляция и автоподстройки частоты.

В зависимости от технологии изготовления р-п-перехо-дов (см. § 10-2) емкость перехода (рис. 10-6) обратно пропорциональна либо корню второй степени (у резких р-п-переходов, получаемых методом сплавления), либо корню третьей степени из обратного напряжения (у плавных р-п-переходов, получаемых методами вытягивания или диффузии)

Плоскостной транзистор

Полупроводниковый триод или транзистор содержит в себе монокристаллическую пластинку полупроводника, в которой созданы два параллельных р-п-перехода (эмит-терный и коллекторный), причем толщина средней области (базы) делается достаточно малой (единицы - десятки микрон).

В соответствии с порядком чередования типов проводимости Этих областей различают транзисторы типов р-п-р и п-р-п.

При нормальном включении через эмиттерный переход пропускают ток от внешнего источника в прямом направлении, а к коллекторному переходу прикладывают обратное напряжение (рис. 10-7). Область эмиттера в транзисторе типа р-п-р насыщается акцепторной примесью сильнее, чем базовая область донорной примесью. В результате этого прямой ток, проходящий через эмиттерный переход, состоит в основном из дырок (/эр), впрыскиваемых со сто-

Р п

База Коллектор

- Рис. 10-7. Подача рабочих смещений на транзисторы р-п-р и п-р-п-типов.

роны эмиттера в базу, и лишь в малой мере из электронов (/з„), переходящих из базы в эмиттер (рис. 10-8). Впрыскивание (инъекция) неосновных носителей в область базы - основная функция эмиттера. Эффективность эмиттера тем выше, чем большую часть эмиттерного тока составляют неосновные (для базовой области) носители. Применительно к рассматриваемому транзистору типа р-п-р эффективность эмиттера оценивается удельным весом дырочной составляющей эмиттерного тока:

Y = lP-

/эр -Ь 1э

Диффузионная теория дает для у следующее выралсение:

где Qg и Q6 - соответственно удельные сопротивления областей эмиттера и базы; w - ширина базы; /.э - диффузионная длина неосновных носителей (элеетронов) в эмиттере,

SMummep База Коямекггюр


Рис. 10-8. Распределение токов в тран-

зисторе р-п-р-тапа.

Для достижения высокой эффективности эмиттера его сильно легируют примесью, чтобы получить Qg < Q6-

Впрыскиваемые эмиттером в базу дырки оказываются здесь неосновными и неравновесными носителями, а потому они немедленно вступают в два процесса: процесс диффузии, благодаря которому они стремятся равномерно распределиться по всему объему базы, и процесс рекомбинации с основными носителями - электронами.

В связи с тем, что толщина базы w делается малой, во всяком случае меньше диффузионной длины неравно-



весных дырок в базе (Lg). оспоапщ, масса впрыснутых дырок успевает продиффундирбвать на всю толщину базы и, подходя к коллекторному переходу, подпадает под действие захватывающего их электрического поля, создаваемого приложенным к коллектору обратным напряжением. Это поле вызывает быстрый дрейф дырок через коллекторный р-п-переход в область коллектора, где они становятся основными носителями и беспрепятственно доходят до вывода коллектора. В месте омического контакта коллекторной области с металлическим выводом эти дырки компенсируются подходящими от внешнего источника электронами и таким образом создают в цепи коллектора полезный ток, перенесенный из цепи эмиттера. 5, Захватывание коллекторным переходом подошедших к нему дырок снижает их концентрацию в приколлектор-ной области базы и содействует поддержанию направленной диффузии следующих порций впрыскиваемых эмиттером дырок через базу к коллектору.

Для учета доли дырок, теряемых за счет рекомбинации в базовой области, пользуются коэффициентом переноса Р:*

где /кр - дырочная составляющая коллекторного тока, обусловленная перенесенными через базу дырками.

Диффузионная теория дает следующее выражение коэффициента переноса:

~ ~ 2

1 / ш\а

откуда ясно видна необходимость малых толщин базы. Если бы рекомбинация в базе не происходила, то Р равнялось бы единице. Реально Р несколько меньше единицы (0,9-0,998).

Рекомбинировавшие в области базы дырки вызывают соответствующий приток электронов по проводу, присоединенному к базовой области (/gp).

Отношение перенесенного от эмиттера к коллектору дырочного тока/кр к полному току эмиттера/э называется коэффициентом усиления по току в схеме с общей базой а. Для плоскостного транзистора

a = 4 = PV

и в нормальных режимах всегда меньше единицы, хотя может достигать значений порядка' 0,998.

На составляющую коллекторного тока /кр, обусловленную переносом дырок от эмиттера, накладывается обратный ток коллекторного перехода / . о, ибо этот переход смещен в обратном направлении. Таким образом, полный ток коллектора определяется соотношением

. /к = а/э + /к. о-

Ток базы при этом равен:

/б = /э-/к= (1- а)/э-/к.о.

Когда эмиттер отключен (/э = 0),

/к = - /б = 1к. о-

Ввиду малости значений /к. о и близости а к единице ток базы обычно мал (в 10-100 раз меньше тока коллектора), однако при повышении температуры резко возра-

* Символ р также часто применяют для обозначения другой характеристики транзистора - коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером, который во избежание

путаницы мы будем обозначать или /Zgj (см. ниже).

стает концентрация равновесных неосновных носителей, что приводит к пропорциональному увеличению обратного тока коллектора /к. о- Повышение температуры на каждые 10° С вызывает увеличение /к. о примерно вдвое. В результате этого ток базы транзисторов отличается сильной зависимостью от температуры.

Усилительные свойства транзистора связаны с ускоряющим действием электрического поля в коллекторном переходе на захватываемые им дырки. Действительно, ток в цепи эмиттера создается под действием относительно низких напряжений, ибо эмиттерный переход смещен в прямом направлении и имеет^низкое сопротивление (десятки ом). Транзистор же передает этот ток с коэффициентом а, близким к единице, в коллекторную пепь, которую можно питать значительно большим напряжением, ибо коллекторный переход смещается в обратном направлении.

Выходное сопротивление транзистора очень велико (до единиц мегом) и допускает включение больших нагрузочных сопротивлений.

Температурные свойства транзистора связаны с зависимостью электрических характеристик полупроводниковых материалов от температуры.

В связи с тем, что при некоторых высоких температурах примесные полупроводники превращаются в собственные, возможно пропадание р-п-переходов. Практически уже при более низких температурах в связи с повышением концентрации неосновных носителей становится затруднителЁной работа транзистора из-за резкого увеличения обратного тока коллектора.

Наконец, зависимость подвижностей, времени жизни и коэффициентов диффузии от температуры делает многие параметры транзистора температурнозависимыми.

Усилительные свойства транзистора ухудшаются с ростом частоты сигнала, что в основном определяется наиболее медленным процессом - диффузией неосновных носителей через базу. Кроме того, из-за различия в скоростях отдельных дырок, диффундирующих через базу, дырки, впрыснутые эмиттером в базу одновременно, достигают коллектора в разные моменты времени, что приводит к искажениям сигнала. Например при включении тока эмиттера фронт вызванного этим потока дырок по пути к коллектору размывается. Такое размывание тем больше, чем толще база. Для создания транзисторов, способных без искажения усиливать частоты до сотен мегагерц, приходится базу делать чрезвычайно тонкой - порядка 1 мк.

Для оценки частотных свойств транзисторов введен параметр, называемый предельной или граничной частотой усиления по току в схеме с общей базой - fa. Это такая частота сигнала, при которой величина а для переменной составляющей тока уменьшается до 0,7 своего низкочастотного значения.

Теория дает следующее выражение параметра /н для транзистора типа р-п-р:

243Dp . ;

где Do - коэффициент диффузии дырок в базе.

Кроме того, на частотных свойствах транзистора сказывается наличие емкости у коллекторного перехода, которая шунтирует цепь нагрузки, и объемного сопротивления базовой области, создающего как-бы сопротивление вывода базы. При включении транзистора по схеме с общей базой это сопротивление, будучи введенным в общий провод входной и выходной цепей, образует внутреннюю цепь обратной связи, особенно вредную на высоких частотах.

Все изложенное здесь на примере транзистора типа р-п-р в равной мере справедливо для транзисторов типа п-р-п, если полярности источников питания и направления токов заменить на обратные и взаимно поменять функции элисгронов и дырок.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [ 61 ] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95