Перечислите основные свойства полупроводников и виды проводимости.

Перечислите основные свойства полупроводников и виды проводимости.

Полупроводники имеют удельное эл. сопротивление ρ= от 10^-3 до 10¹⁰ Ом*см. ρ полупроводников уменьшается при повышении температуры, при облучении, при добавлении примесей и под действием внешнего эл. поля к полупроводникам относятся: кремний, германий, арсенит галия, селен теллур и др. Полупроводники имеют кристаллическую структуру при сообщении выключенному электрону дополнительной энергии он переходит из валентной зоны в зону проводимости и становится свободным. Атом потерявший электрон ведет себя как частица с положительным зарядом он называется «Дыркой». Проводимость созданная перемещением и электронов и дырок называется собственной проводимостью полупроводника. Она не большая. Для увеличения проводимости полупроводника и придания ему определенного типа электропроводность в чистые полупроводники вносят примеси. Если 4-ех валентный полупроводник внести 5-и валентную примесь то в нем образуется много свободных электронов. Он будет обладать электронной проводимостью и называться полупроводником n- типа.

Если в полупроводник внести 3-ех валентную примесь то в полупроводнике будет преобладать дырки т.е. он будет обладать дырочной проводимостью и называться полупроводником P-типа.

 

Дайте понятие р-n-перехода, перечислите его свойства и нарисуйте ВАХ.

Граница между двумя соседними областями полупроводника с разным типом электропроводимости называется и переходом. При соединении двух полупроводников с разым типом электропроводности дырки из P-области перемещаются в n-область. В результате на границе образуется двойной электрический слой объединенный основным носителем заряда. Этот слой действует как потенциальный барьер препятствующий дальнейшей диффузии носителей зарядов. Потенциальный барьер обладает постоянной разностью потенциалов φ_к=0,2-0,8В; 0,2-0,5В для германия, 0,4-0,8В для кремния.

Если от областей кристалла сделать выводы (анод и катод и подключить к ним внешнее напряжение указанной полярности + к А – к К, то величина потенциального барьера уменьшится и через Pn переход протечет большой ток. Такое включение Pn перехода называется прямым (Pn переход открывается)

Если поменять полярность приложенного напряжения, то величина потенциального барьера увеличится, ток через Pn переход уменьшится. Такое включение Pn перехода называется обратным (закрыт)

Таким образом мы убедились, что Pn переход обладает вентильными свойствами, т.е. пропускает ток только в одном направлении, это свойство используется в полупроводниковых диодах.

 

Опишите устройство, назначение и ВАХ выпрямительных диодов.

Их применяют для выпрямления переменного тока низкой частоты до 100 К Гц, а также в схемах управления и коммутации, для ограничения паразитных выбросов напряжений в цепях с индуктивными элементами.

В зависимости от полупроводникового материала диоды подразделяют на германиевые и кремниевые. Кремниевые применяют чаще, т.к. они имеют во много раз меньшие обратные токи и большие обратные напряжения. Германиевые диоды применяют при низких напряжениях, т.к при одинаковых токах падение напряжения на германиевом диоде, смещенном в прямом направлении, меньше, чем на кремниевом

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода— на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Основные параметры выпрямительных диодов:

- среднее за период значение выпрямленного тока I_{пр.ср ,} который может длительно проходить через диод при допустимом его нагреве;

- среднее за период значение прямого напряжения U_пр.ср которое определяется по его ВАХ при заданном значении I_пр.ср;

-среднее за период значение обратного тока I_обр.ср при заданном значении обратного напряжения U_обр,

-максимально допустимое постоянное обратное напряжение U_обр.max,которое длительно выдерживает диод без нарушения нормальной работы;

-максимально допустимый постоянный прямой ток I_{пр max} диода.

Опишите устройство, принцип действия и параметры полевых транзисторов.

Фоторезисторы(ФР).

Это п/п-вые приборы, сопротивление которых изменяется под воздействием светового потока. При облучении светом в п/п-ке возникает избыточная концентрация носителей заряда за счет перехода электронов в зону проводимости, что вызывает увеличение проводимости п/п-ка.

ФР изготавливают из сернистого свинца, сульфида кадмия и селенида кадмия.

Рис. 2.26

На рис. 2.26, а показана общая конструкция фоторезистора СФ2-2. Схема включения фоторезистора показана на рис. 2.26, б. При отсутствии освещения (Ф = 0) фоторезистор обладает большим темновым сопротивлением R_темн, поэтому темновой ток I_темн, проходящий в цепи маленький и равен

I_темн=E/ (R_темн+R_н) (2.21)

При наличии светового потока (Ф > 0) сопротивление фоторезистора уменьшается до значения R_св, а световой ток: I_св=E/(R_св+R_н) (2.22)

Разность токов определяет фототок I_ф= I_св — I_темн

ВАХ ФР при освещении (прямая 1) и затемнении (прямая 2),, показаны на рис. 2.26, в.

Интегральная чувствительность фоторезистора K_ф.р=I_ф/Ф;

ФР имеют малые габариты, высокую чувствительность, применяются в цепях постоянного и переменного токов. К ФР источник питания Е может быть включен с любой полярностью.

 

 

Фотодиод (ФД).

Это п/п-вый фотоэлектрический прибор, в котором используется внутренний фотоэффект. Он преобразует световую энергию в электрическую. ФД изготавливают из германия, кремния, арсенида галлия, сернистого серебра. ФД, как и обычные п/п-вые диоды, состоит из двух слоев п/п-ка с электропроводностями разных типов и одного p-n-перехода. В ФД предусматривается возможность попадания светового потока в область p-n-перехода.

ФД могут работать в двух режимах: 1) фотогенераторном (без внешнего источника питания); 2) фотопреобразовательном (с внешним источником питания).

В фотогенераторном режиме при разомкнутом ключе К и отсутствии освещения (Ф = 0) ток через p-n-переход равен нулю. При освещении п/п-ка в области p-n-перехода генерируются дополнительные пары носителей заряда. Поле объемного заряда p-n-перехода с разностью потенциалов φ_к «разделяет» эти пары: дырки дрейфуют в p-область, а электроны — в n-область, Поскольку в области п/п-ка p-типа накапливаются избыточные носители с положительным зарядом, а в области п/п-ка n-типа — с отрицательным зарядом, то между внешними электродами появляется разность потенциалов с полярностью, указанной на рис. 2.7, б, представляющая собой фото-ЭДС. Значение фото-ЭДС равно φ_к (0,5—0,6 В). Под воздействием фото-ЭДС в цепи нагрузки проходит ток (ключ К при этом замкнут).

19. Фототранзисторы (ФТ).

Это фотоэлектрические п/п-вые приборы с двумя р - n -переходами. Они преобразуют световую энергию в электрическую, образуя фототок и усиливая его.

Рассмотрим работу ФТ в режиме с отключенной базой (I_б=0). Схема включения фототранзистора показана на рис. 49, а, а его условное обозначение — на рис. 49, б. Если внешний световой поток Ф равен нулю, то через ФТ проходит небольшой темновой ток коллектора I_кТ, который определяется формулой I_кТ=I_кэ0=I_кб0(h_21э+1)

Рис. 49

При освещении области базы (Ф > 0) в ней генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к эмиттерному и коллекторному переходам. При этом электрическое поле коллекторного перехода втягивает в коллектор дырки, но задерживает в базе электроны. Ушедшие в коллекторную цепь дырки, образующие фототок I_ф, увеличивают обратный ток коллектора на величину I_k’=I_ф, а оставшиеся электроны при отключенной базе создают в ней отрицательный пространственный заряд, смещающий эмиттерный переход в прямом направлении при этом из эмиттера в базу перемещается дополнительное количество дырок, которые, как и в обычном биполярном транзисторе, диффундируют через базу к коллекторному переходу и захватываются его полем, вызывая приращение коллекторного тока Iк''. Это приращение коллекторного тока равно h_21эI_ф Общий коллекторный ток фототранзистора, проходящийво внешней цепи: I_к = I_к' + I_к'' = I_ф + h_21эI_ф = I_ф (1+h_21э)

Семейство ВАХ ФТ показано на рис. 49, в. Увеличение освещенности фототранзистора, вызывающее пропорциональное увеличение фототока, приводит к росту тока коллектора.

Интегральная чувствительность фототранзистора К_Т в 1+ h _21э раз больше, чем у фотодиода, т.к. у фототранзистора наряду с образованием фототока I_ф происходит его усиление в1+ h _21э раз.

 

Перечислите основные свойства полупроводников и виды проводимости.

Полупроводники имеют удельное эл. сопротивление ρ= от 10^-3 до 10¹⁰ Ом*см. ρ полупроводников уменьшается при повышении температуры, при облучении, при добавлении примесей и под действием внешнего эл. поля к полупроводникам относятся: кремний, германий, арсенит галия, селен теллур и др. Полупроводники имеют кристаллическую структуру при сообщении выключенному электрону дополнительной энергии он переходит из валентной зоны в зону проводимости и становится свободным. Атом потерявший электрон ведет себя как частица с положительным зарядом он называется «Дыркой». Проводимость созданная перемещением и электронов и дырок называется собственной проводимостью полупроводника. Она не большая. Для увеличения проводимости полупроводника и придания ему определенного типа электропроводность в чистые полупроводники вносят примеси. Если 4-ех валентный полупроводник внести 5-и валентную примесь то в нем образуется много свободных электронов. Он будет обладать электронной проводимостью и называться полупроводником n- типа.

Если в полупроводник внести 3-ех валентную примесь то в полупроводнике будет преобладать дырки т.е. он будет обладать дырочной проводимостью и называться полупроводником P-типа.