Электро-вакуумные приборы (29.05.2020)

Введение (28.05.2020)

Электроника – это наука, изучающая принципы построения, работы и применения различных электронных приборов. Именно применение электронных приборов позволяет построить устройства, обладающие полезными для практических целей функциями – усиление электрических сигналов, передачу и прием информации (звук, текст, изображение), измерение параметров, и т.д.

 

Первый электронный прибор был создан в Англии в 1904 г. Это был электровакуумный диод, лампа с односторонней проводимостью тока. Очень быстро (за 30 лет) было разработано много типов электровакуумных приборов. Обладая достаточно высокими качественными показателями, они имели существенные недостатки: большие габариты, большую потребляемую мощность и малый срок работы. Эти недостатки серьезно мешали изготовлению сложных многофункциональных устройств.

В тридцатых годах началась интенсивная исследовательская работа по созданию полупроводниковых электронных приборов. За относительно короткий промежуток времени было создано такое многообразие полупроводниковых приборов, которое качественно позволило выполнить все функции электровакуумных приборов. А так как полупроводниковые приборы имеют малую потребляемую мощность, высокую надежность, малую массу и размеры, то уже к началу 70-х годов они практически полностью вытеснили электровакуумные электронные приборы. Большой вклад в развитие полупроводниковых электронных приборов внесли советские ученые Лосев, Френкель, Курчатов, Давыдов, Туркевич и многие другие.

 

Электро-вакуумные приборы (29.05.2020)

 Электронные лампы входят в группу приборов, которые называются электро-вакуумными.

Электро-вакуумные приборы – это приборы, в которых проводимость осуществляется посредством электронов или ионов, движущихся между электродами через вакуум или газ. Их делят на электронные и ионные. В электронных приборах (электронные лампы) прохождение электрического тока осуществляется за счет движения электронов, а в ионных – как за счет электронов, так и ионов. Электронные лампы применяются в выпрямительных, усилительных и генераторных устройствах. Однако при больших частотах и мощностях электронные лампы находят применение. Во всех электронных лампах источником свободных электронов является катод. Катод испускает электроны за счет электронной эмиссии.

Электронная эмиссия

Металлы характеризуются наличием большого числа электронов, которые беспорядочно перемещаются. При обычных условиях только отдельные электроны выходят из металла. В результате на поверхности металла формируется двойной электронный слой:

Металл

Этот слой образует электрическое поле, препятствующее дальнейшему выходу электронов из металла.

Разность потенциалов в этом поле между слоями называется потенциальным барьером. Для его преодоления электроны должны получать дополнительную энергию, равную работе, которую нужно затратить, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Отношение работы выхода к заряду электрона называется потенциалом выхода: .

Существует два вида электронной эмиссии.

1) Термоэлектронная. Это явление испускание электронов нагретым металлом (катодом).

При нагревании катода скорость электронов увеличивается и их больше выходит из металла. Эти электроны скапливаются у катода, за счет притягивающего действия положительных ионов металла. Образовывается электронное облако. Плотность облака (объемного заряда) зависит от температуры катода.

2) Вторичная эмиссия. Явление выхода электронов из холодного металла при действии бомбардировки его первичными электронами. Первичные электроны, обладающие большей скоростью встречая на своем пути поверхность металла тормозятся и отдают свою энергию электронам. Электроны анода получив дополнительную энергию, выходят за его пределы, образуя ток вторичной эмиссии.

Катоды электронных ламп

Катод – это источник электронной эмиссии. В зависимости от способа подогрева катода различают катоды косвенного и прямого накала. Нагревание катода прямого накаливания происходит за счет тока, проходящего по самому катоду. Его изготавливают из вольфрама, тантала. Недостаток – очень малая тепловая энергия.

Катоды косвенного накала состоят из ионного цилиндра, изготовленного тугоплавкого материала. Нагрев его осуществляется нитью накала внутри катода, изолированного от него.

Они имеют малую тепловую инерцию. Их можно питать от цепи переменного тока. Для повышения экономичности и уменьшения рабочей температуры применяются активированные катоды.

Вольфрам

Атомы бария

На поверхность катода наносят слой активного металла (Ва). Он создает ускоряющего поля и потенциал выхода уменьшается

 

Вакуумные диоды (03.06.2020)

К

К

А

А

Это электронные лампы, имеющие два электрода: катод и анод. Диод, применяемый для выпрямления переменного тока называется кенотроном.

Конструктивный диод представляет собой стеклянный или металлический баллон.

1 – диод прямого накала;

2 – косвенного накала.

Катод изготавливается из никеля, молибдена или тантала.

 

IA

Ua

RH

-   +

mA

V

 

С потенциометра на участок Анод-Катод подается напряжение U_A, которое называется анодным. Если это напряжение положительно, то между Анод и Катод создается ускоряющее поле. Под его действием электроны с Катода устремляются на Анод, замыкая цепь анодного тока I_A. Если анодное напряжение отрицательно, то электрическое поле между Анодом и Катодом становится тормозящим, цепь анодного тока разомкнута, I_A =0 и вакуумный диод обладает односторонней проводимостью.

ВАХ вакуумного диода

Ia

Iнас

a

b

Uнас

Uа

При отсутствии анодного напряжения ток анода равен нулю, но на катоде есть электронное облако. С увеличением анодного тока I_A увеличивается анодное напряжении U_A. Точка а соответствует тому состоянию, когда анодный ток I_A равен. Электронное облако рассосалось эмиссионному току. Иногда эмиссионный ток называется током насыщения. Для изменения тока насыщения I _нас необходимо изменять температуру катода. Активированные катоды не имеют ярко-выраженного участка насыщения (a-b).

 

 

Параметры вакуумного диода:

1) Внутреннее сопротивление:

2) Допустимая мощность, рассеянная на аноде – Р_{а доп.}

3) Максимальный анодный ток?

4) Максимальное обратное напряжение U _{обр max}

Обозначения диодов

1. число, указывающее напряжение накала лампы, в вольтах;
2. буква, обозначающая тип лампы (Д – диод);
3. число, указывающее на номер разработки;
4. буква, определяющая тип баллона

К – керамическая;

П – пальчиковая лампа со стеклянным баллоном;

Б – сверхминиатюрная лампа со стеклянным баллоном.

Если нет 4-го элемента, значит, баллон – металлический.

Например, 6Х6С – 6 – 6В – напряжение накала, Х – двойной диод, 6С – стеклянный.

Триод

Это электронная лампа, у которой в пространстве между катодом (К) и анодом (А) помещен третий электрод – управляющая сетка (С).

А

К

С

Триоды служат для усиления и генерирования переменных токов и напряжений, а также для усиления медленно меняющихся напряжений (например, усилитель постоянного тока).

Управляющая сетка (С) выполнена в виде спирали из тонкой тугоплавкой пленки и служит для управления плотностью тока и потоком электронов, летящих от катода (К) к аноду (А).

 

 

Принцип работы триода:

RHA EA

IA

RHC

EC

V2

mA

V1

UA

 

С потенциометра R_НА на Анод – Катод подается положительно анодное напряжение, а потенциометра R_HC на участок Сетка – Катод может меняться. Таким образом на электроны катода действует результирующее электрическое поле анода и сетки. Поле сетки гораздо сильнее, так как расстояние между Сеткой и Катодом меньше, чем между Анодом и Катодом. Следовательно, при изменение напряжения сетки U_C в небольших пределах количество электронов, попадающих на анод, изменяется, следовательно, изменяется анодный ток I_A.

Характеристики триодов

UC

IA

1) анодно-сеточная. (зависимость тока анода I_A от напряжения сетки U_C при постоянном анодном напряжении U_A = const)

 

 

UA

IA

2) анодная (зависимость тока анода I_A от напряжения анода U_A при постоянном напряжении сетки U_C)

 

 

Параметры триода

1) Крутизна анодно-сеточной характеристики S, определяется на линейном участке. Показывает на сколько мА изменился анодный ток I_A при изменении напряжения сетки U_C на 1 В при постоянном напряжении анода U_A = const. . Крутизна зависит от эмиссионной способности Катода, от плотности витков сетки и от расстояния между Сеткой и Катодом.

2) Внутреннее сопротивление переменному току – R_i. Показывает на сколько нужно изменить напряжение анода U_A, чтобы ток анода I_A изменился на 1 А: . Оно зависит от электрических и конструктивных параметров лампы, в частности, от плотности управляющей сетки и от расстояния между Анодом и Катодом.

3) Коэффициент усиления лампы. Он показывает насколько изменение напряжения сетки U_C действует на анодный ток I_A сильнее, чем на напряжение анода U_A:  при , увеличение напряжения сетки U_C соответствует снижению напряжения анода U_A, следовательно, пишем «-».

Недостатки:

1) Маленький коэффициент усиления;

2) Большая емкость между Анодом и Сеткой.

 

Тетроды

С1

А

К

С2

Это четрыхэлектродная лампа, имеющая две сетки: управляющую и экранирующую. Экранирующая сетка находится между Анодом и управляющей сеткой С₁, она выполнена в виде спирали.

С₁ – управляющая сетка

С₂ – экранирующая сетка

Экранирующая сетка С₂ служит для увеличения коэффициента усиления и внутреннего сопротивления и для уменьшения проходной емкости.

 

Работа тетрода:

EC1

EA

RH

EC1

UBX

На экранирующую сетку С₂ подается положительное постоянное напряжение, равное примерно 0,5Е_А. По переменному току экранирующая сетка заблокирована емкостью С_БЛ. Переменное электрическое поле анода в основном замыкается на экранирующей сетке. В результате его деуправляющее действие на электронный поток резко снижено и, следовательно, усилительные свойства тетрода значительно выше, чем у триода.

Одновременно с этим уменьшается емкость между Анодом и управляющей сеткой С₁, так как число силовых линий анодного поля, попадающих на управляющей сетке тоже сокращается.

Недостатком тетрода является динатронный эффект. Его суть – при некоторой скорости электронов, летящих на анод из анода выбивается вторичный электрон. При некотором напряжении анода они притягиваются к экранирующей сетке. Это вызывает уменьшение тока анода, то есть на анодной характеристике появляется провал.

Это приводит к искажению формы усиливаемого сигнала, что нежелательно, следовательно, применение тетрода ограничено.

Пентоды

Для устранения динатронного эффекта необходимо создать тормозящее поле в пространстве между анодом и экранирующей сеткой. Это поле обеспечит возвращение вторичных электронов на Анод. Существует два способа создания такого поля:

К

С1

С2

С3

А

1) Между анодом и экранирующей сеткой размещается еще одна сетка, соединенная с катодом и обладающая отрицательным потенциалом относительно анода. Она является защитной или антидинатронной. В пентоде вторичные электроны, летящие от к катоду с малой скоростью, возвращаются тормозящим полем защитной сетки обратно на анод, следовательно, динатронное поле отсутствует.

Наряду с этим, наличие дополнительной сетки приводит к еще большему экранированию от анодного поля электронного потока в пространстве между катодом и управляющей сеткой. Это ведет к увеличению внутреннего сопротивления и коэффициента усиления.

 

 

2) Использование пространственного заряда большей плотности, создаваемой электрическим полем между экранированной сеткой и анодом. Этот поток большей плотности создают за счет особой конструкции ламп.

С2

С1

А

К

А

Э1

Э2

К

С

Во-первых, управляющая и экранирующая сетка имеют одинаковый шаг, причем их витки расположены друг против друга, в результате чего электроны летят от катода к аноду уплотненными лучами.

Во-вторых, в лампе имеются специальные экраны Э1 и Э2, соединенные с катодом. В результате чего электронный поток сжимается в два сектора и его плотность значительно уменьшается. Таким образом, попадание вторичных электронов на экранирующую сетку исключено.

К

А

Э2

Э1

С1

С2

Тиратрон

Это прибор, имеющий три-четыре электрода, материалом зажигания которого можно управлять. Различают тиратрон с горячим нагреваемым катодом (несамостоятельный дуговой разряд), с холодным катодом (самостоятельный тлеющий разряд).

С горячим катодом

Пусть к аноду подано положительное напряжение, на сетку – отрицательное, которое создает потенциальный барьер в таком положении. Так анода равен нулю, то есть тиратрон насыщен. При подаче на сетку управляющего сигнала электроны движутся от

А

баллон

катод

сетка

катода к аноду, ионизация на пути молекулы газа. Возникает дуговой разряд, ток которого практически ограничивается только сопротивлением нагрузки цепи анода.

Таким образом, с помощью управляемого электрода можно регулировать момент зажигания тиратрона.

Если снова на сетку подать отрицательно напряжение, то это никак не повлияет на ток дугового разряда, т.к. положительные ионы газа притягиваются к сетке компенсируя ее отрицательный потенциал.

Чтобы погасить тиратрон достаточно выключить анодное напряжение.

 

С холодным катодом

Ток анода равен нулю, в исходном состоянии тиратрон погашен. Если на анод подано положительное напряжение, то она будет меньше напряжения зажигания, но больше напряжения горения. Если же на управляющий электрод подать положительное напряжение, то вспыхивает тлеющий разряд, который обеспечивает протекание анодного тока. Для гашения тиратрона нужно отключить анодное напряжение.

Тиратроны используются как преобразователи тока (выпрямители, инверторы) и как бесконтактное реле.

Стабилитрон

Imin

I

Imax

Это двухэлектродная газонаполненная лампа тлеющего разряда с холостым ходом.

К катоду приваривается проволочка, свободный конец которой находится около анода, но не задевает его. Эта проволочка – поджигающий электрод.

Вольт-амперная характеристика.

Рабочий режим лампы соответствует линейному участку в-г. Напряжение стабилизации в точке а – 150 В.

Стабилитроны применяют для стабилизации напряжений маломощных источников питания, переносные РЭ. Так же к газоразрядным приборам относятся газоразрядные лампы и индикаторы.

 Условное обозначение:

Стаби-литрон

Сигнальная лампа

Трех-электродный тиратрон

четырех-электродный тиратрон с холодным катодом

Тиратрон с раскаленным катодом

 

Маркировка приборов

Первая буква – тип элемента

ТХ – тиратрон с холодным катодом

ТГ – тиратрон с горячим катодом

СГ – стабилитрон газоразрядный

ИН – индикаторная газоразрядная лампа

СН – сигнальная газоразрядная лампа.

Вторая цифра – определяет группу прибора

Третье число – указывает некоторые параметры

Четвертая буква – характеризует конструктивное оформление прибора

Пример, ТГ1-0,1/0,3 Тиратрон с горячим катодом, заполненный аргоном, максимальный ток 0,1А, максимальное напряжение 0,3 кВ.

Электронно-лучевые трубки

Это электро-вакуумные приборы, в которых образовавшийся электронный пучок малого поперечного сечения, причем пучок может отклоняться в желаемом направлении и попадая на люминесцентный экран, вызывать его свечение.

Катод

Горизонтальная отклоняющая пластина

экран

Электронный пучок

Вертикальная отклоняющая пластина

Анод 2

модулятор

Анод 1

ЭЛТ является электронно-оптическим преобразователем, превращающим электронный сигнал в соответствующий ему изображение в виде импульсного колебания, воспроизводимого на экране.

Электронный пучок образуется из катода и фокусирующих электродов. Первый электрод – модулятор, который выполняет роль сетки с отрицательным смещением, направляющий электроны к оси трубки.

За модулятором расположен следующие электроды, задачей которых является фокусирование электронов. Они действуют по принципу электронных линз.

Фокусирующие ускоряющие электроды – это аноды. На них подается положительное напряжение. Для отклонения пучка используются вертикальные и горизонтальные пластины. Экран трубки внутри покрыт люминофором, который светится под влиянием бомбардировке электронами.

ЭЛТ применяется в измерительных приборах (осциллографах) в качестве трубок, воспроизводящих ток и напряжение в радиолокационной технике, телевизорах и в качестве приемных трубок.

Кинескоп

Это ЭЛТ, предназначенная для воспроизведения телевизионного изображения подводимого к трубке в виде электрического сигнала.

Электрический видеосигнал представляет изображение, подводится к катоду. Он определяет яркость свечения точки на экране в данный момент. А сигналы, подводимые к отклоняющим катушкам (горизонтальные и вертикальные) определяют положение этой точки в тот же момент времени. Время после свечения кинескопа подбирается таким образом, чтобы свечение каждой точки длилось настолько долго, чтобы одновременно набиралось все высвечиваемые точки изображения.

Кинескопы для телевизоров применяют только магнитные отклонения с помощью катушек, расположенных снаружи трубки.

В кинескопах цветного изображения применяют три типа люминофора (зеленый, синий и красный).

Они в виде таблеток расположены друг с другом на экране трубки.

Запоминающие трубки

Они применяются для накопления (запоминания информации и воспроизведения этой информации по исключении длительного времени).

С этой целью в трубке имеется дополнительный электрод на который электронный пучок обретает определенное новое распределение заряда, представляющее записываемую информацию. В качестве запоминающих трубок используются запоминающие с большим временем после свечения.

Перебегающие трубки

Это преобразователи, заменяющие оптическое изображение с соответствующим ему электрическим сигналом. Они работают на принципе использования явления фотоэмиссии или фотоэлектронной проводимости.

Изображение с помощью объектива проецируется на пластину из светоцветного материала.

Под влиянием света на пластине возникает плоское распределение электронных зарядов соответствующее распределению света и тени в проекционно-оптическом изображении.

Электронный пучок из катода вызывает преобразование зарядного изображения мишени в ток, зависящий от эти зарядов, то есть от света, падающего в данном месте мишени.

Электронные приборы СВЧ

Существует много различных специальных приборов для СВЧ, работа которых основана на том, что электроны преобразуют кинетическую энергию от постоянного электрического поля, созданного источником питания и передают часть своей энергии электрическому полю СВЧ, так как тормозятся в этом поле.

Приборы для СВЧ делятся:

1) О – типа

2) М – типа

В приборах О-типа постоянное магнитное поле отсутствует или применяется только для фокусировки электронного потока.

Для приборов М-типа характерно наличие скрещенных, то есть взаимно-перпендикулярных постоянных электрических или магнитных полей. Именно совместное действие этих полей в значительной степени определяет траекторию движения электрона.

Первыми представлениями приборов О-типа являлся клистрон.

Основные типы клистронов

1) Пролетные (двух и многорезонаторные, пригодные для радиоаппараты с генерацией и усиления колебаний).

2) Отражательные (однорезонаторные, работают в качестве генераторов)

К приборам О-типа относятся ЛБВ (лампы бегущей волны), ЛОВ (лампы обратной волны). Существуют и М-типа ЛВБ и ЛОВ.

Первым в истории прибором М-типа являлся магнетрон.

В последнее время разработаны М-типа: 1) амплитроны, 2) стабилитроны.

 

 

05.06.20

Магнетроны

Они используются для генерации колебаний СВЧ большой мощности. Применяются в передатчиках радиолокационных станций, ускорителях заряженных частиц, для высокочастотного нагрева. Широкое применение получили многорезонаторные магнетроны.

Устройство магнетрона.

Они представляют собой диод с анодом особой конструкции. Катод – оксидный, подогревный с большой площадью поверхности. На торцах катода расположены диски, препятствующие движению электронов вдоль оси. Анод сделан в виде массивного медного блока. Вакуумное пространство между анодом и катодом называется пространством взаимодействия. В толще анода расположено четное число резонаторов, представляющих собой цилиндрические отверстия, соединенные щелью с пространством взаимодействия. Щель выполняет функцию конденсатора.

На поверхности щели образуются переменные электронные заряды, а в самой щели возникает электрическое поле. Индуктивностью резонатора служит цилиндрическая поверхность отверстия, которая эквивалентна одному витку. В некоторых типах магнетронов резонаторы делают в виде щели с глубиной в четверть волны. Все резонаторы магнетрона сильно связаны друг с другом, т.к. переменный магнитный поток одного резонатора замыкается через соседние резонаторы.

Кроме того резонаторы соединяют друг с другом посредством проводов, называемых связками. Наружная часть анода обычно делается в виде ребристого радиатора для лучшего охлаждения. С боковых сторон к аноду припаяны медные диски, образующие вместе с анодом баллон, необходимый для сохранения вакуума. Выводы от подогревателя проходят в стеклянных трубках, связанных с анодом, а катод подключен к одному из выводов подогревателя.

Рассмотрим случай движения электронов в магнетроне, предполагая, что колебаний в резонаторе нет. Для упрощения изобразим анод без щелей.

К

1 2             4 3

Под влиянием ускоряющего электрического поля электроны стремятся лететь по силовым линиям по радиусам к аноду. Но как только они набирают некоторую скорость, магнитное поле начинает искривлять их траекторию. Т.к. скорости электронов увеличиваются, то радиус искривления постепенно увеличивается. На рисунке показаны траектории движения электронов для разных значений магнитной индукции. Если В =0, то электрон полетит по траектории 1. При В < B кр электрон полетит к аноду по 2. Если В = B _кр, то по 3, если В> B кр, то по 4.

Магнетроны работают при индукции, немного большей B кр. Траектория движения близка к 3.

Т.к. движется большое число электронов, то вокруг катода вращается объемный заряд в виде кольца – электронное облако. Электроны не находятся в нем постоянно: некоторые возвращаются на катод, а на их место вылетают новые электроны.

К

Скорость вращения облака зависит от анодного напряжения, с возрастанием которого электроны пролетают около анода с большей скоростью.

Чтобы электроны не попадали на анод, нужно увеличить магнитную индукцию В. Электрический заряд взаимодействует с переменными электрическими полями резонатора и поддерживает в них колебания. Этот процесс приближенный.

Выясним сначала, как возникают колебания в резонаторе. Т.к. все резонаторы связаны друг с другом, то они представляют собой сложную систему, имеющую несколько собственных частот. Когда электронный поток начинает вращаться около щелей резонаторов, в них появляются импульсы наведенного тока, и возникают затухающие колебания. Они могут иметь разную частоту и фазу. Основной тип колебаний, дающий наибольшую полезную мощность и высокий КПД (колебания в соседних резонаторах с фазовым сдвигом 180º).

2                               3                                                                          ++  -                                                                                                               +               1              - -                                                -          4                           ++                                                                                                                                                          - - -                        Б                                                                                            +                                                                                        А

Это изображение силовых линий переменных электрических полей для таких колебаний и знаки переменных потенциалов на сегментах анода, а также направления токов, протекающих по поверхности резонатора. Переменное электрическое поле сортирует электроны на полезные и вредные, причем вредные электроны удаляются из пространства и возвращаются на катод.

Для электронов, движущихся по часовой стрелке, электрическое поле для резонаторов 1и 2 является ускоряющим, а для 2 и 4 – тормозящим. Через ½ периода поля поменяются местами. На рисунке показаны поля двух электронов. Электрон А попадает в ускоряющее поле и отбирает энергию от резонатора, т.е. представляет вредный электрон. Он пролетает далеко от щели и возвращается на катод. При наличии одного постоянного поля электрон летел бы по траектории, показанной штрихами, но поле резонатора 1 усиливает искривление пути электрона и усиливает энергию: он преодолевает действие постоянного поля и возвращается на катод. Вредные электроны бомбардируют катод и увеличивают его нагрев. Чтобы понизить нагрев катода уменьшают напряжение накала. Более сложным оказался путь полезного электрона Б, попавшего в тормозящее переменное поле резонатора 2. такой электрон отдает часть своей энергии резонатору и не имеет энергии, достаточной для того, чтобы вернуться на катод. Он теряет полностью свою энергию в пространстве взаимодействия, не долетая до катода, а затем снова ускоренно летит к аноду, и траектория его искривляется. Если в магнетроне правильно подобрать U_A, то время пролета полезного электрона от одной щели до другой составляет ½ периода. У щели 3 электрон опять оказывается в тормозящем поле, т.к. через ½ периода ускоряющее поле становится тормозящим. Отсюда следует, что электрон опять отдаст часть энергии резонатору, и еще меньше будет его путь к катоду. В конце израсходовав всю энергию, электрон попадает на анод. передача электронами энергии резонатора способствует модуляции электронного потока. В результате скоростной модуляции и изменения траектории электронов, электронное облако из кольцевого превращается в зубчатое.

Число электронных спиц равно половине числа резонаторов. Спица – это сгустки электронного потока, между ними находятся разряженные области. При правильном режиме магнетрона электронное облако вращается с такой скоростью, что спицы проходят мимо щелей, когда там существует тормозящее поле. А промежутки – через ускоряющее поле. В итоге происходит отдача электронным облаком энергии резонаторам и потеря энергии на разогрев катода и анода от бомбардировки электронами. Вся энергия потребляется от анодного источника. Магнитная индукция связана с U_A формулой

,

b – постоянная величина,

,

  N – число резонаторов, В – индукция, а – коэффициент зависимости от конструкции, f – частота.

Из формул видно, что для более высоких частот нужно иметь большее число резонаторов с большими B и U_A.

 

11.06.2020

Диоды

Диод – это простой электронный прибор с одним p-n переходом и двумя выводами (плоскостной)  диод полупроводниковый,  диод вакуумный.

ВАХ

При достижении U_обр некоторого U_пр обратный ток возрастает. Этот режим называется пробоем p-n перехода. С практической точки зрения различают два вида пробоя: электрический и тепловой.

I. Электрический пробой не опасен для p-n перехода (при отключении источника обратного напряжения свойства его полностью восстанавливаются).

Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударная ионизация атомов, туннельный эффект.

Удельная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электрон обретает энергию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристаллов. При этом увеличивается количество носителей заряда и ток увеличивается.

Туннельный эффект выражается в том, что электрон с энергетического уровня области n проникает сквозь потенциальный барьер без потерь энергии на такой же энергетический уровень в области n. При увеличении напряжения U до U_кр вероятность таких переходов увеличивается, что приводит к увеличению обратного тока.

II. Тепловой пробой приводит к разрушению кристалла и является аварийным режимом. Тепловой пробой возникает при недостаточном охлаждении кристалла. Увеличивая температуру кристалла увеличиваются генерации носителей зарядов, увеличивается ток, дальнейшему повышению температуры соответствует разрушение кристалла.

Полупроводниковый фотодиод

Это сверхчувствительный диод обычно с одним p-n переходом, работающий при смещении в обратном направлении под влиянием излучения, например, видимого света. Наступает изменение сопротивление диода, следовательно, изменение тока, протекающего во внешней цепи.

Внешнее излучение вызывает увеличение количества основных и не основных носителей заряда и уменьшение сопротивления. Это эквивалентно увеличению обратного тока диода.

Это диод, светящийся под влиянием подведенной извне энергии. Интенсивность свечения зависит от подводимого тока. Существуют вакуумные, газонаполненные и полупроводниковые диоды. Особенно широкое применение находят полупроводниковые, работающие при малых напряжениях (2 В) и токов (10…20 мА), при этом их отличает высокая надежность и большой срок службы. Существует также многосегментные электрические фото диоды. Например, из фосфида гелия, используемые в качестве шифровых индикаторов. Они нашли широкое применение в калькуляторах, в электронных часах. Эти диоды называются светодиодами.

16.06.2020

Транзисторы

Это полупроводниковый диод с тремя электродами, которые обладают свойством усиления электрического сигнала по принципу работы транзисторы делятся на: биполярные, униполярные (полевые), а по технологии изготовления на плоскостные (с p-n переходом) и точечные.

Биполярные, плоскостные могут быть дрейфовые, диффузионные, планарные, сплавные, мезо; с точки зрения используемого материала: германиевые, кремниевые, галлиевые. Транзистор – это активный элемент и в электронных схемах он заменяет электровакуумные приборы (электронные лампы). Преимущество транзистора перед электронными лампами – малые габариты, большой срок службы, большая надежность, высокая устойчивость к механическим ударам, отсутствие напряжения начала. Недостатки – ограниченная мощность, рабочее напряжение, большая чувствительность изменению температуры. Маленький диапазон рабочих температур. Малая стойкость к коротким замыканиям и искренениям.

17.06.20

Полевой транзистор

Это транзистор, управляемый электрическим полем, в котором действует один лишь вид тока, а именно созданный основными носителями (или электронами или дырками). В биполярном действуют два вида носителей.

Полевые транзисторы называют канальными или униполярными.

Существует две группы:

1) Транзисторы с управляющим p-n переходом;

2) Транзисторы с изолированным затвором (МДП и МОП транзисторы)

По типу электропроводности транзисторы делятся на транзисторы с каналами p- и n-типа.

23.06.20

Тиристоры