Варикапы, светодиоды и фотодиоды и их применение. Оптроны.

Варикапы. Электронно-дырочный переход, к которому приложено обратное напряжение, обладает свойствами конденсатора. При этом роль диэлектрика играет сам р-п переход, в котором свободных носителей зарядов мало, а роль обкладок — прилежащие слои полупроводника с электрическими зарядами разного -знака — электронами и дырками.

Рис. 123 рис 125 Это явление использовано в специальных полупроводниковых приборах — варикапах. Их широко применяют для настройки колебательных контуров, в устройствах автоматической подстройки частоты, а также в качестве частотных модуляторов в различных генераторах.

Условное графическое обозначение варикапа (см. рис. 123,а), наглядно отражает их суть: дне параллельные черточки воспринимаются как символ конденсаторе. Для примера на рис. 123,6 показано обозначение матрицы из двух варикапов, а на рис. 123,в — из трех.

Светодиоды и светодиодные индикаторы. Полупроводниковые диоды, излучающие свет при прохождении тока через р-n переход, называют светодио-дами. Включают такие диоды в прямом направлении. Условное графическое обозначение светодиода похоже на символ фотодиода и отличается от него тем, что стрелки, обозначающие оптическое излучение, помещены справа от кружка и направлены в противоположную сторону (рис. 126).

рис 126 рис 128

Фотодиоды. Основной частью фотодиода является переход, работающий при обратном смещении. В его корпусе имеется окошко, через которое освещается кристалл полупроводника. В отсутствие света ток через р-п переход очень мал — не превышает обратного тока обычного диода.

При освещении кристалла обратное сопротивление перехода резко падает, ток через него растет. Чтобы показать такой полупроводниковый диод на схеме, базовый символ диода помещают в кружок, а рядом с ним (слева сверху,) изображают знак фотоэлектрического эффекта — две наклонные параллельные стрелки, направленные в сторону символа (рис. 125,а).. В качестве примера на рис. 125,6 показано обозначение фотодинистора.

Оптроны. Светоизлучающие кристаллы широко используют в оптронах — специальных приборах, применяемых для связи отдельных частей электронных устройств в тех случаях, когда необходима их гальваническая развязка. На схемах оптроны изображают, как показано на рис.128. Фотоприемником в оптроне могут быть не только фотодиод (рис. 128,а), но и фоторезистор (рис. 128,6), фотодинистор (рис. 128,в) и т. д. При необходимости составные части оптрона допускается изображать раздельно, но в этом случае знак оптической связи следует заменить знаками оптического излучения и фотоэффекта, а принадлежность частей к оптрону показать в позиционном обозначении (рис. 128,г).

7) Структура биполярного транзистора и процессы в нём. Характеристики и режимы работы транзистора

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных p-n переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы. Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа p-n-p или типа n-p-n .Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей заряда обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Средний слой транзистора называется базой Б, один крайний слой – коллектором К, а другой крайний слой – эмиттером Э. Каждый слой представляет собой электрод и имеет вывод. Посредством выводов транзистор включается в схему. В схемах транзисторных усилителей полярность напряжения Ек должна быть такой, чтобы коллекторный p-n переход был закрыт для основных носителей заряда (см. рис. 129). Таким образом, напряжение Ек является обратным для коллекторного p-n перехода.

Одна из крайних областей транзистора, имеющая наименьшие размеры, называется эмиттером. Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором, предназначена для собирания потока носителей, эмитируемых эмиттером.

В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы:

• инжекция из эмиттера в базу;

• диффузия через базу;

• рекомбинация в базе;

• экстракция из базы в коллектор..

В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:

а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;

б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);

в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);

г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.

8 . Схема включения биполярных транзисторов с общим эмиттером и её свойства

10,Структура полевого транзистора с изолированным затвором, процессы в нём и характеристики

Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путем высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

11,Структура тиристора и процессы в нём, области применения тиристоров.

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости. Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

12,Интегральные микросхемы (ИМС): полупроводниковые и гибридные, аналоговые и цифровые

Интегральной микросхемой (ИМС)называют миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов и содержащее большое число активных и пассивных элементов (от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) в сравнительно небольшом корпусе.

Полупроводниковая микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Гибридная микросхема – микросхема, содержащая, кроме элементов, простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем). Одним из видов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой – линейная микросхема. С помощью цифровых микросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры.

13. Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером.

В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора: с общей, с общим эмиттером, с общим коллектором.

В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером. Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.

На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ: UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равно Uбэ= UR2 - URэ.