Тема 2.1 Физические основы электроники

Студент должен:

знать: знать классификацию электронных приборов, их устройство и область применения;

уметь: подбирать устройства электронной техники.

Электропроводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Электронно-дырочный переход и его свойства. Прямое и обратное включение «p-n» перехода. Полупроводниковые диоды: классификация, свойства, маркировка, область применения. Полупроводниковые транзисторы: классификация, принцип действия, назначение, область применения, маркировка.

Биполярные транзисторы. Физические процессы в биполярном транзисторе. Схемы включения биполярных транзисторов: общая база, общий эмиттер, общий коллектор. Вольтамперные характеристики, параметры схем. Статические параметры, динамический режим работы, температурные и частотные свойства биполярных транзисторов. Полевые транзисторы: принцип работы, характеристики, схемы включения. Тиристоры: классификация, характеристики, область применения, маркировка [1, С.457-525].

Методические указания

В начале изучения данного раздела необходимо вспомнить, что к полупроводникам относят материалы, занимающие по своему удельному сопротивлению промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При производстве полупроводниковых приборов наибольшее применение нашли германий и кремний. У идеальных кристаллов германия и кремния, относящихся к четвертой группе периодической системы Менделеева, все валентные электроны образуют связанную пару. Такие идеальные кристаллы не проводят электрический ток.

При добавлении в кристалл кремния элементов из пятой группы, например сурьмы или фосфора появляется несвязанный, свободный электрон. Таким образом, в кристалле кремния возникает электронная проводимость, а полупроводник называется n – типа. Примесь, образующая электронную проводимость, называется донорной.

Добавление в кремний трехвалентной примеси, например, галлия или индия приводит к тому, что три валентных электрона индия участвуют в образовании ковалентных связей с атомом кремния, а одна связь остается свободной. Таким образом, для образования четвертой ковалентной связи примесным атомам не хватает по одному электрону. В кристалле кремния образуется «дырка», способная присоединить свободный электрон. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной проводимостью или полупроводником p - типа, а соответствующая примесь называется акцепторной.

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор, основу которого составляет р - n структура, разделенная электронно-дырочным переходом. Острая вершина треугольника указывает направление прямого тока через диод. Треугольник соответствует р области и называется иногда анодом или эмиттером, а прямолинейный отрезок - области n и называется катодом или базой. Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два p - n перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. В зависимости от чередования p и n областей различают транзисторы с p - n - p и n - p - n структурой. Средний слой биполярного транзистора называется базой, один крайний слой – коллектором, а другой крайний слой – эмиттером. Каждый слой имеет вывод, с помощью которого транзистор включается в электрическую цепь. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков – свободных дырок и электронов.

Вопросы для самоконтроля

1 Объясните природу p - n перехода.

2 В чем проявляются преимущества полевых транзисторов?

3 Назовите область применения специальных типов приборов.