Электронные приборы (активные элементы цепей), страница 5

5.3.1. Полупроводниковые диоды.

Это приборы, имеющие один или несколько p – n  переходов. В простых диодах реализован один переход. Сопротивление реального диода складывается из нелинейного сопротивления p – n перехода и объёмных сопротивлений областей пп. Область с бóльшим сопротивлением называют базой диода. Сложив эти сопротивления, мы и получим прямую ветвь ВАХ реального диода, рис.5.13. С ростом тока, на ней формируется характерный линейный участок, когда сопротивление базы диода станет заметно больше сопротивления перехода. Обратный ток реального диода оказывается по разным причинам много больше теоретических значений теплового тока. Кроме этого, при больших обратных напряжениях наступает пробой p – n перехода (тепловой, лавинный). Тогда ток резко возрастает. ВАХ диодов изображают обычно с использованием разных масштабов напряжений и токов для прямой и обратной ветвей.

Быстрый рост прямого тока, при , начинается не сразу, а с некоторым смещением («пятка» характеристики). Оно составляет примерно 0,6 в для кремниевых диодов и ~ 0,25 в – для  германиевых.

В справочниках для диодов указывается, прежде всего, два основных параметра, ограничивающих рабочую область характеристики. Это максимальный прямой ток (), определяемый предельно допустимой мощностью рассеивания, и максимальное рабочее обратное напряжение (). Имеются и другие параметры, но на них мы останавливаться не будем.

Существуют специальные диоды – стабилитроны, у которых участок пробоя на обратной ветви характеристики (специально формируется) используется для стабилизации напряжения. Кроме этого, широкое применение в качестве электронных ключей находят тиристоры, управляемые диоды с несколькими  p – n переходами.

5.4. Биполярный транзистор.

Это универсальный усилительный элемент цепей, активный четырёхполюсник, один из самых распространённых электронных приборов. Появление его связывают с именем Шокли (Американский физик). Слово транзистор образуется сочетанием двух английских слов, transformer resistor – преобразователь сопротивления.

Принцип работы транзистора обычно обсуждают с помощью следующего рисунка 5.14а. В биполярном транзисторе имеются три области пп с чередованием типа. Они называются соответственно эмиттерная, базовая и коллекторная области. Может быть две разновидности транзистора -  и . Рассмотрим первую разновидность. Три области образуют два последовательных p – n перехода. Входной переход эмиттер – база нормально смещён в прямом направлении (открыт), а выходной переход коллектор – база закрыт. Особенность конструкции состоит в том, что базовая область очень тонкая (1 – 10 мкм). Электроны из эмиттерной области (основные носители), попадая в базовую, становятся там неосновными носителями. Почти все они успевают проскочить узкую базу (дрейф, диффузия), за счёт сравнительно большого времени жизни (~ 10 ^–6 сек.). В коллекторной области они снова становятся основными носителями. Ток базы  составляет очень малую часть тока эмиттера  и образуется за счёт электронов, которые успели рекомбинировать в базе (1 – 5 %).

Токи областей связаны следующими равенствами:  . Здесь  (0,95 – 0,99) есть коэффициент передачи тока эмиттера и  - коэффициент усиления тока базы. Это два важных параметра транзистора. . Основное усилительное свойство транзистора выражается равенствами  и , которые отражают пропорциональность входного и выходного токов.

Индивидуальные параметры транзистора, как активного четырёхполюсника, для изображённой схемы с общей базой, определяются по двум семействам статических характеристик, входных и выходных, представленных на рис. 5.15. Типичные значения входных и выходных сопротивлений таковы: ~ 10 – 100 ом (входной переход открыт);   ~ 10 ⁵ – 10 ⁶ ом (выходной переход закрыт). Строчными буквами () обозначают сопротивления самого транзистора (внутренние), в отличие от внешних. На рисунке  5.14б показано обозначение биполярных транзисторов на электрических схемах. Стрелка у эмиттерного вывода указывает направление тока в основной цепи транзистора.

Рассмотренный транзистор называют биполярным потому, что ток в основной цепи транзистора (коллектор – эмиттер) обеспечивается носителями двух типов, основными и неосновными.