🗊Презентация Полупроводниковые приборы

Основная литература Электротехника : учеб. для неэлектротехн. спец. вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 7-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2003. - 542 с. Электротехника и электроника : учеб. пособие для социал. вузов, техн. отд-ний гуманит. вузов и вузов неэлектротехн. профиля / М.А. Жаворонков, А.В. Кузин. - М. : Academia, 2005. - 394 с. Методические указания к проведению лабораторного практикума по разделу «Электроника» / Сост. Е.В. Лесных, Т.Д. Меньщикова, А.Н. Курбатов, Р.А. Чехонин.- Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2006.- 20 с.

Лекция 1 1 Полупроводниковые приборы

ПРОВОДНИК – имеет большое число свободных электронов, которые и способствуют возникновению электрического тока (серебро, медь, алюминий). Обладают малым сопротивлением. ПРОВОДНИК – имеет большое число свободных электронов, которые и способствуют возникновению электрического тока (серебро, медь, алюминий). Обладают малым сопротивлением. ИЗОЛЯТОР – материал, имеющий малое количество свободных электронов. Изолятор препятствует протеканию электрического тока и имеет большое сопротивление (стекло, резина, сухое дерево). ПОЛУПРОВОДНИК – содержит мало свободных электронов, но их количество может возрастать с увеличением температуры, что приведет к увеличению проводимости (германий, кремний).

Полупроводники Чистые полупроводники в полупроводниковых приборах не используются, так как обладают малой проводимостью и не обеспечивают односторонней проводимости. Полупроводник можно сделать хорошим проводником благодаря легированию (введению примеси). В зависимости от вводимой примеси в полученном материале будет или излишек свободных электронов (полупроводник n – типа) или недостаток свободных электронов (полупроводник p – типа).

В полупроводник добавляют следующие примеси: атом мышьяка As атом фосфора P атом сурьмы Sb атом бора (B) атом индия (In) атом алюминия (Al)

Если к четырехвалентному германию добавить пятивалентные сурьму (Sb), или мышьяк (As), или фосфор (P), то получается примесная электронная электропроводность. Их атомы взаимодействуют с атомами германия только четырьмя своими электронами, а пятый электрон они отдают в зону проводимости. Если к четырехвалентному германию добавить пятивалентные сурьму (Sb), или мышьяк (As), или фосфор (P), то получается примесная электронная электропроводность. Их атомы взаимодействуют с атомами германия только четырьмя своими электронами, а пятый электрон они отдают в зону проводимости.

Если четырехвалентный германий содержит примеси трехвалентных бора (B), или индия (In), или алюминия (Al), то их атомы захватывают электроны атомов германия и в последних образуются дырки.

p – n переход Полупроводники делают многослойными (слой материала n - типа и слой материала p – типа). Эти слои устанавливаются в пластмассовый или металлический корпус). Место соединения полупроводника n - типа и полупроводника p – типа называется p – n переходом

Протекание тока через полупроводник

Р-n переход при отсутствии внешнего напряжения. Обедненная зона Протекание электронов под действием диффузии продолжается до тех пор, пока по обе стороны p-n перехода не образуется нейтральная зона или так называемый обедненный слой или зона

p-n переход при прямом напряжении. Барьерное напряжение При приложенном прямом напряжении обедненный слой исчезает и электроны протекают через границу раздела, т.е. ток создаваемый основными носителями свободно протекает через переход. Падение напряжения на p – n переходе называется барьерным напряжением. Легированный германий имеет барьерное напряжение 0,3 В, а легированный кремний – 0,6 В.

p-n переход при обратном напряжении

Полупроводниковые диоды Диодом называют полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом и двумя выводами. Полупроводниковый диод по существу представляет собой р-n переход.

ВАХ показывает, что прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении в десятые доли вольта. Поэтому прямое сопротивление бывает обычно не выше нескольких десятков Ом. ВАХ показывает, что прямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении в десятые доли вольта. Поэтому прямое сопротивление бывает обычно не выше нескольких десятков Ом. Так как uОБР  uПР, то эти напряжения отложены в разных масштабах. Вследствие различия масштабов получается излом кривой в начале координат. При неизменном масштабе характеристика представляет плавную кривую без излома.

При некотором значении обратного напряжения возникает пробой р-n перехода, при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя резко уменьшается. При некотором значении обратного напряжения возникает пробой р-n перехода, при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя резко уменьшается. Различают электрический и тепловой пробой р-n перехода. Электрический пробой (участок АВС характеристики на рисунке) является обратимым, при котором не происходит разрушения структуры вещества. Поэтому работа диода в режиме электрического пробоя допустима.

Области теплового пробоя соответствует участок СD ВАХ диода. Этот пробой необратим, т.к. он сопровождается разрушением вещества в месте р-n перехода. Области теплового пробоя соответствует участок СD ВАХ диода. Этот пробой необратим, т.к. он сопровождается разрушением вещества в месте р-n перехода. Количество теплоты, выделяющейся в переходе от нагрева его обратным током, превышает количество теплоты, отводимой от него. В результате температура перехода возрастает, сопротивление его уменьшается и ток увеличивается. Наступает перегрев перехода и его тепловое разрушение.

Рабочий режим диода На рисунке приведено условно-графическое обозначение (УГО) выпрямительного диода с обозначением его электродов: А – анод, К – катод. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник следует рассматривать как острие стрелки, показывающий условное направление прямого тока.

Режим диода с нагрузкой называют рабочим . Режим диода с нагрузкой называют рабочим . Так как диод обладает нелинейным сопротивлением, значение которого изменяется при изменении тока, поэтому расчет тока производят графическим способом.

Известны Е, RН и ВАХ диода Известны Е, RН и ВАХ диода Определить ток в цепи и напряжение на диоде. Согласно закона Ома: I = UR / RН = (Е – UD) / RН.

При построении линии нагрузки для малых значений RН точка В может оказаться за пределами чертежа. В этом случае следует отложить от точки А влево произвольное значение напряжения (точка С) и вверх отложить ток, равный U / RН (отрезок СВ). Прямая, проведенная через точки А и В является линией нагрузки. Координаты точки пересечения Т дают искомые значения параметров цепи. При построении линии нагрузки для малых значений RН точка В может оказаться за пределами чертежа. В этом случае следует отложить от точки А влево произвольное значение напряжения (точка С) и вверх отложить ток, равный U / RН (отрезок СВ). Прямая, проведенная через точки А и В является линией нагрузки. Координаты точки пересечения Т дают искомые значения параметров цепи.

Определение некоторых параметров полупроводникового диода сопротивление постоянному току в прямом смещении: R0 = UПР / IПР; сопротивление при обратном смещении: R0 = UОБР / IОБР; сопротивление диода переменному току (дифференциальное) Ri = UПР / IПР; крутизна ВАХ для прямого тока S = IПР / UПР .

Основные типы полупроводниковых диодов В настоящее время наибольшее распространение получили кремниевые выпрямительные диоды, которые имеют следующие преимущества: во много раз меньшее (по сравнению с германиевыми) обратные токи при одинаковом напряжении; высокое значение допустимого обратного напряжения, которое достигает 1000 … 1500 В, в то время как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 … 400 В; работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от –60 до +150 С, германиевых – лишь от –60 до +85 С (при температуре выше +85 С в германии резко возрастает термогенерация, что увеличивает обратный ток и может привести к потере диодом вентильных свойств). Однако в выпрямительных устройствах низких напряжений выгоднее применять германиевые диоды, т.к. их сопротивление в прямом направлении в 1,5 …2 раза меньше, чем у кремниевых, при одинаковом токе нагрузки, что уменьшает мощность, рассеиваемую внутри диода.

Основные электрические параметры выпрямительных диодов IПР МАХ – максимальный прямой ток; UПР – падение напряжения при прямом смещении и заданном прямом токе; IОБР – ток через диод при обратном смещении и заданном UОБР; UОБР МАХ – максимальное обратное напряжение; f – диапазон частот, в пределах которого выпрямленный ток не уменьшается ниже заданного значения.

По значению выпрямленного тока выпрямительные диоды делят на диоды малой (IПР  0,3 А), средней (0,3 А  IПР  10 А) и большой (IПР  10 А) мощности. По значению выпрямленного тока выпрямительные диоды делят на диоды малой (IПР  0,3 А), средней (0,3 А  IПР  10 А) и большой (IПР  10 А) мощности. В зависимости от структуры различают точечные и плоскостные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь р-n перехода, такие же, как и толщина самого перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше его толщины.

Самостоятельная работа Конспект на тему: Полупроводниковые резисторы. Рассмотреть: варисторы, тензорезисторы, фоторезисторы, термисторы, позисторы