• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Напівпровідникові прилади

Напівпровідникові прилади є найбільш поширеними активними елементами радіоелектронної апаратури. Широке поширення напівпровідникових приладів в останні десятиліття обумовлено їх значними перевагами перед електронними лампами – мала вага і розмір; мале споживання потужності; великий термін служби і висока надійність; можливість роботи при малих напругах живлення (від одиниці вольт до часток вольт); нечутливість до механічних впливів (вібрації, ударів.); велика механічна міцність і ін.. Основними напівпровідниковими приладами є напівпровідникові діоди і транзистори.

Транзистори

Біполярним транзистором називається електроперетворювальний напівпровідниковий прилад, що має у своїй структурі два взаємодіючих p–n-переходи і три зовнішніх виводи, і призначений, зокрема, для посилення електричних сигналів. Термін "біполярний" підкреслює той факт, що принцип роботи приладу заснований на взаємодії з електричним полем часток, що мають як позитивний, так і негативний заряд, – дірок і електронів.

Рисунок 30 Структура транзистора

Структура транзистора, виготовленого за дифузійної технології, наведена на рис. 30. Як видно з рисунка, транзистор має три області напівпровідника, звані його електродами, причому дві крайні області мають однаковий тип провідності, а середня область – протилежний. Структура транзистора, наведена на рис. 30, називається n-p-n – структурою. Електроди транзистора мають зовнішні виводи, за допомогою яких транзистор включається в електричну схему. Одна з крайніх областей транзистора, що має найменші розміри, називається емітером (Е). Вона призначена для створення сильного потоку основних носіїв заряду (в даному випадку електронів), що пронизує всю структуру приладу. Тому емітер характеризується дуже високим ступенем легування. Інша крайня область транзистора, звана колектором (К), призначена для збирання потоку носіїв. Тому колектор має найбільші розміри серед областей транзистора. Легується колектор значно слабкіше емітера. Середня область транзистора називається базою (Б). Вона призначена для управління потоком носіїв, рухомих з емітера в колектор. Для зменшення втрат електронів на рекомбінацію з дірками в базі її ширина W_б робиться дуже маленькою, а ступінь легування – дуже низьким – на 3 – 4 порядки нижче, ніж у емітера. Між електродами транзистора утворюються p-n – переходи. Перехід, що розділяє емітер і базу, називається емітерним переходом (ЕП), а перехід, що розділяє базу і колектор, – колекторним переходом (КП). З урахуванням різкої асиметрії емітерного переходу він характеризується односторонньою інжекцією: потік електронів, інжектуємих з емітера в базу, значно перевершує зустрічний потік дірок, інжектуємих з бази в емітер.

Рисунок 31 Конструкція площинного транзистора

1 – Германієва (кремнієва) пластина; 2,5 – напівпровідник з домішкою 3,4,6 – струмовідводи: 3 – колекторний, 4 – базовий, 5 – емітерний.

У 1964 році з'явилася система позначень напівпровідникових приладів, яка в основних рисах існує і понині. Перший елемент позначення говорить про напівпровідниковий матеріал:

буква Г (цифра 1) означає германій;

буква К (цифра 2) – кремній.

Другий елемент (буква) означає:

Д – діод;

Т – транзистор;

В – варикап;

Ф – фотоприлад;

С – стабілітрон и т.д.

У транзисторів третій елемент – тризначне число – вказує групу приладу.

101 – 399 – малопотужні транзистори (до 0,3 Вт);

101 – 199 – низькочастотні (до 3 мГц);

201 – 299 – середньочастотні (до 30 мГц);

301 – 399 – високочастотні (до 300 мГц;

401 – 699 – транзистори середньої потужності;

401 – 499 – низькочастотні;

501 – 599 – середньочастотні;

601 – 699 – високочастотні;

701 – 999 – потужні транзистори (більше 1,5 Вт),

701 – 799 – низькочастотні;

801 – 899 – середньо частотні;

901 – 999 – високочастотні.

Остання буква – конкретний прилад серед транзисторів даного типу.

Дані транзисторів, близьких за назвами і параметрами, наведені в єдиному блоці, при цьому прийняті позначення

U – допустима напруга між колектором і емітером у вольтах;

I – допустимий колекторний струм у міліамперах (там, де струм в амперах, поряд з цифрою стоїть буква А);

Р – допустима потужність, що розсіюється на колекторі з радіатором і без нього в міліватах (там, де потужність у ватах, варто Вт);

В – статичний коефіцієнт посилення потоку;

І_о – зворотний струм колектора в мікроамперах.

частота f_s мегагерцах, на якій реальні підсилювальні властивості транзистора ще залишаються досить високими (це неофіційна характеристика, в офіційних довідниках приводять граничні частоти за спеціально обумовленим умовам).

Спочатку наводяться дані, характерні для всієї цієї групи, потім в дужках вказані відхилення від них для окремих транзисторів. Так, наприклад, позначення U – 20 (А, Б – 30) означає, що для всіх приладів даної групи з такими буквами в кінці допускається колекторна напруга 20В, крім приладів з останніми буквами А і Б, для яких допускається 30В, позначення В – 10 – 15 (БГ – 20 – 30) говорить про те, що у всіх приладів даної групи коефіцієнт посилення по струму в лежить в межах від 10 до 15, крім приладів з останніми буквами Б і Г, для яких коефіцієнт посилення лежить в межах від 20 до 30. У багатьох випадках дані округлення наводяться з точністю, прийнятною для аматорського конструювання. Спочатку наводяться дані транзисторів р – п –р, а потім п – р – п і, нарешті, польових транзисторів (Т – 303). І ще одна важлива примітка назви абсолютно однакових транзисторів можуть починатися з різних букв – П або МП в цьому відображена різниця тільки в їх зовнішньому оформленні, в конструкції корпусу. У всіх названих приладів групи МП – П вказана буква П, в тих випадках, коли в основному випускалися прилади типу МП, ці букви вказані в дужках перед назвою транзисторів.

Рисунок 32 Умовні позначення біполярних транзисторів

Польові транзистори

Основна характеристика підсилюючих здібностей польового транзистора – крутизна характеристики стокового струму в міліампер на вольт мА/В. Крутизна показує, на скільки міліампер змінюється струм у колі витік – стік (він аналогічний колекторному струму звичайного транзистора) при зміні напруги між витоком і затвором на один вольт. Ця напруга чимось нагадує керуючий сигнал на базі звичайного транзистора, основна відмінність в тому, що в колі затвора практично немає струму подібно електронній лампі затвор управляє струмом, що не притягаючи, а відштовхуючи заряди, і тому, якщо на стік (аналог колектора) подається "плюс", то на затвор (аналог бази) подається "мінус", і навпаки, якщо на стік подається "мінус", то на затвор – "плюс". У деяких типах польових транзисторів (наприклад, КП – 304) на затвор подається відмикаюча напруга, тобто тієї ж полярності, що і на стік.

Деякі параметри декількох польових транзисторів

U – допустима напруга між витоком і стоком в вольтах;

U_з – допустима напруга на затворі щодо витоку (аналог емітера в вольтах);

I – допустимий стоковий струм в мА;

І₀ – стоковий струм в мА (при нульовій напрузі на затворі щодо витоку);

Р – допустима потужність, що розсіюється на стоці в мВт;

S – крутизна мА / В.

Зображення на схемах польових транзисторів,

в – витік;

с – стік;

з – затвор;

к – корпус приладу

Транзистори КП102 випускалися також в корпусі транзистора КТ315

(К – 6, 19), при цьому вивід "в" зайняв місце бази, вивід "з" – колектора і вивід

"с" – місце виведення емітера .

Щоб захистити польовий транзистор від статичної електрики, яка навіть у невеликих кількостях небезпечно для приладу (польовий транзистор, наприклад, може вийти з ладу, якщо випадково торкнутися його виводів злегка наелектризованим рукавом сорочки), виводи на час монтажу закорочують, обмотують тонкою мідною проволокою без ізоляції (К – 18).

Рисунок 33 Умовні позначення польових транзисторів

а – з вбудованим каналом n – типу; б – з вбудованим каналом р – типу; в – з виводом від підкладки; г – з індукованим каналом n – типу; д – з індукованим каналом

р – типу; е – з виводом від підкладки.

При підключенні транзистора до джерела живлення першим необхідно з'єднувати контакт бази, останнім – контакт колектора, а відключення ведеться у зворотному порядку. Напівпровідникові прилади з'єднують з елементами схем пайкою, зварюванням та ін. способами, при яких нагрів приладу не перевищує 150°С. Пайка ведеться припоєм ПОС – 40 на відстані не менше 10 мм від корпусу, при заземленому корпусі паяльника, потужність якого не повинна перевищувати 50 – 60 Вт, з тривалістю пайки не більше 2 – 3 с і обов'язковим застосуванням додаткових тепловідводів між корпусом приладу і місцем пайки. Вигини зовнішніх виводів не ближче 3 – 5мм від прохідного ізолятора. Не можна розташовувати напівпровідникові прилади близько елементів, що нагрівають схеми, в сильних магнітних полях постійних магнітів або потужних трансформаторів і дроселів. Транзистори не рекомендується зміцнювати на виводах, вони кріпляться тільки за корпус за допомогою спеціальних затискачів або клею, потужні прилади – з використанням всіх засобів кріплення, передбачених їх конструкцією.

Напівпровідникові діоди

Основою напівпровідникового діода є р – n – перехід, що визначає його властивості, характеристики і параметри. Залежно від конструктивних особливостей р – n – переходу, в цілому напівпровідникові діоди виготовляються як в дискретно, так і в інтегральному виконанні. За своїм призначенням напівпровідникові діоди підрозділяються на випрямні (як різновид випрямних – силові), імпульсні, високочастотні і надвисокочастотні, стабілітрони, тришарові перемикаючі, тунельні, варикапи, фото – і світлодіоди. Умовні графічні позначення діодів показані на рис. 34.

Рисунок 34 Умовні графічні позначення:

а – випрямні й універсальні; б – стабілітрони; в – двосторонній стабілітрон; г - тунельний діод; д – звернені діоди; е – варикап; ж – фотодіодів; з – світлодіод

Залежно від вихідного напівпровідникового матеріалу діоди підрозділяються на германієві і кремнієві. Тунельні діоди виготовляються також на основі арсеніду Галія GaAs і антимоніду індію InSb. Германієві діоди працюють при температурах не вище +80°С, а кремнієві – до +140°С.

За конструктивно – технологічною ознакою діоди діляться на площинні і точкові. Найбільш поширені площинні сплавні діоди, застосування лише на підвищених частотах. Перевагою точкових діодів є низьке значення ємності p –n – переходу, що дає можливість їх роботи на високих надвисоких частотах.

Високочастотні діоди є приладами універсального призначення. Вони можуть працювати в випрямлячах змінного струму широкого діапазону частот (до декількох сотень мегагерц), а також у модуляторах, детекторах та інших нелінійних перетворювачах електричних сигналів. Високочастотні діоди містять, як правило, точковий р – n – перехід і тому називаються точковими.

Імпульсні діоди є різновидом високочастотних діодів і призначені для використання в якості ключових елементів в швидкодіючих імпульсних схемах. Крім високочастотних властивостей імпульсні діоди повинні мати мінімальну тривалість перехідних процесів при включенні і виключенні.

Стабілітрони – це кремнієві площинні діоди, призначені для стабілізації рівня постійної напруги в схемі при зміні в деяких межах струму через діод. Це напівпровідниковий діод, сконструйований для роботи в режимі електричного пробою, якщо зворотна напруга перевищує значення U_зв.пр, то відбувається лавинний пробій р – n – переходу, при якому зворотний струм різко зростає при майже незмінній зворотній напрузі.

Варикапом називається спеціально сконструйований напівпровідниковий діод, застосовуваний у якості конденсатора змінної ємності. Значення ємності варикапа визначається ємністю його р – n – переходу і змінюється при зміні прикладеної до переходу (діода) напруги.

Фотодіод – напівпровідниковий фотоелектричний прилад з внутрішнім фотоефектом, що відображає процес перетворення світлової енергії в електричну. Внутрішній фотоефект полягає в тому, що під дією енергії світлового випромінювання в області p – n – переходу відбувається іонізація атомів основної речовини і домішки, внаслідок чого генеруються пари носіїв заряду – електрон і дірка. У зовнішньому колі, приєднаному до р – n – переходу, виникає струм, викликаний рухом цих носіїв (фотострум).

Світлодіоди (електролюмінесцентні діоди) перетворюють енергію електричного поля в нетеплове оптичне випромінювання, зване електролюмінесценція. Основою світлодіода є р – n – перехід, який зміщується зовнішнім джерелом напруги в проводящому напрямку. При такому зміщенні електрони з n – області напівпровідника інжектуються в р – область, де вони є не основними носіями, а дірки – в зустрічному напрямку. У подальшому відбувається рекомбінація надлишкових неосновних носіїв з електричними зарядами протилежного знака. Рекомбінація електрона і дірки відповідає переходу електрона з енергетичного рівня.

Тунельний діод – це напівпровідниковий діод, в якому використовується явище тунельного пробою при включенні в прямому напрямку. Характерною особливістю тунельного діода є наявність на прямий гілці вольт – амперної характеристики ділянки з негативним диференціальним опором.

Починаючи з 1973р, приладам, що розроблялися присвоювалися позначення відповідно до ГОСТ 10862 – 72.

Позначення складаються з чотирьох елементів.

Перший елемент – буква або цифра – вказує напівпровідниковий матеріал, з якого виготовлений прилад :

1– або Г – германій або його сполуки;

2– або К – кремній або його сполуки;

3– або А – арсенід галію або інші сполуки галію.

Другий елемент – буква – вказує підклас приладу:

Д – діоди;

Ц – випрямляючі стовпи і блоки;

А – надвисокочастотні діоди;

В – варикапи;

І – діоди тунельні і звернені;

С – стабілітрони і стабистори;

Л – випромінювачі.

Третій елемент – число – вказує призначення та якісні властивості приладу, а також порядковий номер розробки.

Випрямні діоди:

101 ... 199 – малої потужності (І_пр.ср < 0,3A);

201 ... 299 – середньої потужності (0,3 < I_пр.ср < 10A);

401 ... 499 – універсальні (f < 1ГГц);

501 ... 599 – імпульсні (tвос обр > 150нс);

601 ... 699 – імпульсні ( 30 нс < t_вос обр < 150нс );

701 ... 799 – імпульсні (5нс < tвос обр < 30нс);

801 ... 899 – імпульсні (1нс < tвос обр < 5нс);

901 ... 999 – імпульсні (t_{вос обр} < 1нс).

Випрямні стовпи:

101 ... 199 – малої потужності (І_{пр ср} < 0,3A);

201 ... 299 – середньої потужності ( 0,3 < I_{пр ср} < 10A).

Випрямні блоки:

301 ... 399 – малої потужності (Іпр ср < 0,3 A );

401 ... 499 – середньої потужності ( 0,3 < Iпр ср < 10 A).

Діоди СВЧ:

101 ... 199 – змішувальні;

201 ... 299 – детекторні;

301 ... 399 – модуляторні;

401 ... 499 – параметричні ;

501 ... 599 – регулюючі ;

601 ... 699 – помножувальні;

701 ... 799 – генераторні.

Варикапи:

101 ... 199 – підстроєні;

201 ... 299 – помножувальні.

Випромінювачі:

101 ... 199 – інфрачервоного випромінювання;

301 ... 399 – видимого випромінювання з яскравістю менше 500кд/м²;

401 ... 499 – видимого випромінювання з яскравістю більше 500кд/м².

Читайте також:

1. Активні компоненти – електронні прилади
2. Аналітичні стереофотограмметричні прилади.
3. Аналогові вимірювальні прилади
4. Антропометричні прилади
5. Арматура та вимірювальні прилади, якими обладнуються відцентрові насоси
6. Використані прилади
7. Вимірювальні прилади безпосередньої оцінки та автоматизованого зрівноваження
8. Вимірювальні прилади для проведення випробувань будівельних конструкцій
9. Густина повного струму дрейфу у власному напівпровідникові
10. ДЕЯКІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ТА ОСНОВНІ ПРИЛАДИ, ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ В ЛАБОРАТОРІЇ МЕХАНІКИ ТА МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ
11. Джерела світла та освітлювальні прилади.
12. Дозиметри - це прилади для вимірювання доз та потужностей доз іонізуючого випромінювання.

Переглядів: 9483