Elektronická zařízení a zařízení. Aplikace elektronických zařízení a zařízení Hlavní vlastnosti elektronických zařízení

Třída 2lg, 13, - „

SS st. Č. 63799

4 rl I ;, - ..:, i- -., „P, R ann wasp

Zar gGGslGrated in F\u003e cg.c iso, “, reteniGs of the State Planning Committee of the SSSR (\\ g l.gv G.

A.G. Alexandrov

Vyhlášeno 31. ledna 1941 v Lidovém komisariátu pro Electroprom ea X 40368 (304420) Publikováno 31. ledna 1945

Předkládaný vynález poskytuje způsob statické charakterizace elektronických zařízení s plynulým elektrostatickým řízením.

Z mnoha praktických důvodů může být nutné mít vlastnosti těchto zařízení, které se berou v závislosti na potenciálu řídicí elektrody při konstantních potenciálech na ostatních elektrodách. U nízkoenergetických výbojek se tyto charakteristiky obvykle měří jednoduchým způsobem bod po bodu. 3a se nedávno objevila řada speciálních zařízení, která umožňují okamžitě získat skupinu statických charakteristik na obrazovce elektronického osciloskopu.

U vysoce výkonných elektrodových lamp, například výkonných generátorových lamp, je otázka odstranění statických charakteristik vážnější, protože jejich elektrody, které nejsou konstruovány pro velká přetížení, nejsou schopny odolat silám, které je mohou rozptýlit, když vezmou úplné statické charakteristiky.

Dále existuje řada takových lamp, které nejsou schopny odolat ani těm světelným režimům, ve kterých by byly ve speciálních obvodech pro osvojení rodiny statických charakteristik osciloskopickou metodou.

V řadě speciálních fyzikálních studií aktivovaných komplexních katod, například oxidových, je někdy nutné měřit proud elektronové emise v takových režimech, aby se katoda kvůli superpozici měřeného proudu na proud vlákna znatelně nezahřívala.

Tyto obtíže lze snadno vyřešit pomocí navrhované metody, jejíž podstatu lze pochopit z následujícího popisu a zvážení OBR. 1 - 8 výkresů.

OBR. 1 ukazuje studovanou elektronovou trubici 1, do které je obvod řídicí elektrody periodicky napájen úzkými napěťovými impulsy z odporu 14 zapojeného do série se zdrojem předpěťového síťového napětí o, blokovaného kondenzátorem 9.

Periodické úzké napěťové impulsy se získávají z kondenzátoru 25 nabitého z regulovaného zdroje konstantního proudu 21 potenciometrem 22 a

¹ 63799 odporů 28 a 24. Uvedený kondenzátor je pravidelně nucen vybíjet přes tyratron

26, periodicky nuceně zapalován pomocí špičkového transformátoru 27, jehož sekundární obvod je zapojen do série se zdrojem směšovacího napětí 30 přes potenciometr 29.

Pro omezení síťového proudu je do síťového obvodu tohoto tyratronu zaveden omezující odpor 28.

Kondenzátor je vybitý na neindukční odpor

14, připojený k obvodu řídicí elektrody zkoumané vakuové trubice. Potenciály k jiným elektrodám jsou napájeny ze stejnosměrných zdrojů 2, 3, 4 atd., Které lze upravit. Tyto zdroje jsou blokovány dostatečně velkými kapacitami 6, 7, 8 atd., Takže při průchodu proudových impulsů indikovanými elektrodami nedochází k znatelnému snížení potenciálů na elektrodách a tím ke zkreslení měřených charakteristik. Tato okolnost má zvláštní význam v případech, kdy zdroje napájející elektrodové obvody mají nízkou spotřebu a mají velké vnitřní odpory.

Napětí zdrojů 2, 3, 4, 5 lze měřit pomocí stejnosměrných voltmetrů 31, 82, 88, 34. V elektrodovém obvodu jsou zavedeny dříve známé neinduktivní odpory 10, 11, 12, 18, na kterých se při průchodu získávají úzké pulsy úbytku napětí skrze ně úzké impulsy proudů. Tyto poklesy napětí jsou napájeny spínačem 15 do pomocného zařízení, pomocí kterého je lze měřit jeden po druhém.

Pomocné měřicí zařízení sestává ze zdroje 17 konstantního proudu, potenciometru

16, DC voltmetr 18, ventil 20 a indikátor proudu 35.

OBR. 2, plná čára ukazuje časovou křivku napětí přítomného přímo mezi mřížkou a katodou tyratronu 26. Tečkovaná čára na tomto obrázku ukazuje časovou křivku předpětí na potenciometru 29.

OBR. 3 ukazuje časovou křivku napětí na kondenzátoru 25, nabíjejícího se v čase 1, ze zdroje 21 a v průběhu času 1 vybíjejícího se na odpor 4. Perioda kmitání je tedy t, + t, \u003d T.

Toto období se zase rovná době kolísání napětí dodávaného do transformátoru 27. Kolísání se vynucuje, protože v tomto případě se získá jasnější obraz a poskytne se přesnější měření. Během toho je třeba také poukázat na skutečnost, že použití periodických oscilací má nepochybné výhody oproti jedinému impulzu. Jde o to, že metoda periodických impulzů jistě poskytuje větší přesnost, zahodí prvek náhodnosti a navíc výrazně: šetří čas strávený měřením.

OBR. 4 ukazuje časovou křivku napětí přítomného přímo mezi mřížkou a katodou testované lampy. Jak můžete vidět z tohoto grafu, křivka síťového napětí vypadá jako velmi úzké pulsy. Maximální hodnotu pulzní křivky lze snadno upravit „buď změnou napětí pomocí potenciometru 22, nebo změnou napětí zdroje

5. Takto můžete změnit „napětí brány (mřížky).

OBR. 5 ukazuje příkladnou křivku proudového pulzu v čase v obvodu kterékoli z elektrod. Tato křivka odpovídá křivce na OBR. 4, OBR. 6 schematicky ukazuje příkladnou křivku pulzu v čase v obvodu kterékoli z vysoce natažených elektrod. osa času. Stejný graf ukazuje přerušované čáry 2, 8, 4 "odkazující na napětí na 63799 tentiometru 16. Zde jsou zobrazeny tři případy. Řádek 2 označuje případ, kdy je napětí na potenciometru 16 větší než maximální hodnota při odpovídajícím neindukčním odporu v obvodu jedné nebo jiné elektrody, tj. Y „\u003e 1“, P.

V tomto případě bude ventil 20 uzavřen, protože jeho anoda je záporná vzhledem ke katodě.

Křivka 2 na OBR. 6 odkazuje na případ, kdy „\u003d I“, b.

Tento případ je kritický, pro který se měření provádí. Když v tomto případě změříme napětí na potenciometru voltmetrem 18 a předem poznáme daný odpor K, je snadné určit hodnotu aktuálního impulzu 1 „,.

Křivka 4 na OBR. 6 odkazuje na případ, kdy U „(I„, Â.

V tomto případě bude anoda ventilu 20 kladná vzhledem ke své katodě a protéká ním proud, jehož průměrná hodnota bude měřena zařízením 85. Vzhled proudu bude sloužit jako známka toho, že byl předán kritický režim, a proto je třeba zvýšit napětí na potenciometru 16.

Jako ventil 20 můžete vzít nejmenší kenotron (diodu) nebo triodu s mřížkou připojenou k anodě. Žárovka kenotronu by měla být napájena ze zdroje stejnosměrného proudu a společný bod by měl být vytvořen na záporném konci žhavicího zdroje (aby se zabránilo vlivu nedostatečné potenciálu katody a počátečních rychlostí elektronů).

Kromě kompenzační metody pro měření proudových pulzů lze použít také osciloskopickou nebo oscilografickou metodu. Za tímto účelem je na OBR. 1 vodič

86 jsou připojeny k dvojici vychylovacích desek osciloskopu, což dává vychýlení elektronového paprsku svisle; druhá dvojice vychylovacích desek je připojena ke zdroji s křivkou napětí pilovitého zubu, přičemž tento zdroj je synchronizován se zdrojem 27 dodávajícím střídavé napětí do obvodu tyratronové sítě

26. Na obrazovce osciloskopu se objeví jasné pulzy poklesu napětí (viz obr. 5), které byly změřeny pomocí předběžné kalibrace a zn; V předstihu před hodnotami neindukčních odporů v obvodech elektrod je možné určit samotné hodnoty proudových pulzů. Při tomto měření je bezpodmínečně nutné použít elektronický osciloskop nebo osciloskop. Použití smyčkového elektromagnetického osciloskopu by mělo způsobit významné chyby způsobené -; - a velkou setrvačností systému.

Způsob přivádění impulzů do obvodu řídicí elektrody a měření proudů v obvodu jiných elektrod má řadu významných výhod. Nejprve je výrazně snížena síla tyratronu, který vybíjí kondenzátor. Pak je možné měřit proudy v obvodu libovolné elektrody na jakémkoli potenciálu na jiných elektrodách, což nelze mít v případě, že je měřen proudový impuls v obvodu elektrody, na který je aplikován potenciální impulz.

U této metody je lampa „odemčena“ pouze v těch okamžicích, kdy je na řídicí elektrodu přiveden potenciální impuls, zatímco po zbytek času je řízení řízeno: elektroda má dostatečně velký (v absolutní hodnotě) záporný potenciál.

Přibližné statické charakteristiky získané navrhovanou metodou jsou uvedeny na obrázcích

Předmět vynálezu

1. Metoda záznamu statických charakteristik elektronických zařízení s plynulým elektrostatickým řízením, lišící se od skutečnosti, že napětí ve formě úzkých pulzů z napětí nabitého z externího zdroje a periodicky vynuceně vybíjeného pomocí tyratronu kondenzátoru a regulované napětí ze zdrojů stejnosměrného proudu blokovaných kondenzátory se přivede na jiné elektrody zkoumaného elektronického zařízení prostřednictvím dříve známých neindukčních odporů a získá se výsledný MQKcHMBJlbHblp. Hodnoty pulzů proudů v obvodech těchto elektrod jsou měřeny pulzy poklesu napětí napříč výše uvedenými odpory, na které se přivádí nastavitelné kompenzační napětí přes ventil a indikátor proudu.

2. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se použitím elektronického osciloskopu nebo osciloskopu pro měření maximálních hodnot pulzů v obvodech elektrod zkoumané vakuové trubice. a druhá dvojice vychylovacích elektrod je napájena pilovitým napětím synchronizovaným se zdrojem střídavého napětí dodávaným do obvodu tyratronové řídicí elektrody, který periodicky vybíjí kondenzátor.

Tech. editor M.V.Snolyakva

Resp. editor D. A. Michajlov

Tiskárna Gosplannzdat, č. Vorovskogo, Kaluga

L! 49953. Podepsáno pro tisk 25. XI 1946. Náklad 500 kopií. Cena 65 kopejek. Zach. 325

Elektronika - oblast vědy a techniky, která studuje a aplikuje zařízení, jejichž práce je založena na toku elektrického proudu ve vakuu, plynu a pevných látkách. Vysoká rychlost a vysoká spolehlivost elektronických zařízení vedla k jejich širokému použití v počítačích, radiu, komunikacích, navigaci, průmyslu atd. Elektronická zařízení se používají k přeměně elektrické energie zdroje energie na energii užitečného signálu (zesilovače, generátory signálu atd.) .), převod AC na DC (usměrňovače) a DC na AC (střídače), převod druhů energie, regulace napětí, frekvence atd.

V elektronických zařízeních přeměna elektrické energie a signálů se provádí pomocí elektronických zařízení (elektronických aktivních prvků). Kromě elektronických zařízení používají napájecí zdroje a pasivní součásti: rezistory, kondenzátory, induktory.

V současné době se používají hlavně polovodičová elektronická zařízení. Nesou elektrické náboje se vyskytuje v pevné látce (polovodiči). Patří sem diody, tranzistory, tyristory atd.

Polovodičová dioda (Obr. 1) je dvouvrstvá struktura, která je vytvořena v jednom krystalu. Jedna vrstva má vodivost typu n a druhá typ p. Obecně se tato struktura nazývá pn-spojení nebo spojení elektron-díra. Hlavní vlastností přechodu elektron-díra je jeho jednostranná elektrická vodivost.

Obr. 1. Polovodičová dioda: a) polovodičová struktura diody;

b) konvenční grafické označení; c) voltampérová charakteristika

Při přímém míchání pn spojení se zvyšuje jeho elektrická vodivost a proudem prochází junkcí, což silně závisí na aplikovaném napětí. S reverzním předpětím křižovatky pn klesá elektrická vodivost křižovatky a elektřina prakticky jím neprochází.

Polovodičová dioda s reverzně předpjatým pn spojem, ve kterém s relativně malými změnami zpětného napětí v oblasti blízké průraznému napětí se reverzní proud prudce zvyšuje, se nazývá zenerova dioda (obr. 2). Používá se k vytvoření stabilizátorů napětí.

Obr. 2 Zenerova dioda polovodičů: a) konvenční grafické označení; b) voltampérová charakteristika

Varicapse nazývá polovodičová dioda s reverzně předpjatým pn spojem, používaná jako proměnný kondenzátor pro elektronické nastavení frekvenčně selektivní obvody (obr. 3).

Obr. Polovodičový varicap: a) konvenční grafické označení;

b) volt - faradova charakteristika

Polovodičové triody (tranzistory) se dělí na bipolární a polní.

Bipolární tranzistornazývá polovodičové zařízení se dvěma pn-křižovatkami (obr. 4). Má třívrstvou strukturu typu n-p-n- nebo p-n-p. Střední oblast mezi dvěma pn křižovatkami se nazývá základna. Jeho tloušťka je dostatečně malá. Sousední oblasti se nazývají emitor a sběratel. V souladu s tím se základna emitoru pn-křižovatka nazývá emitor a křižovatka základna-kolektor se nazývá kolektor.

Obr. Polovodičová struktura a konvenční grafické označení bipolárních tranzistorů: a) typu n-p-n; b) typ p-n-p

Tranzistor s efektem pole nazývá se polovodičové zařízení, jehož odpor se mění působením příčného elektrického pole vytvářeného řídicí elektrodou (hradlem) sousedící s vodivým objemem polovodiče. Existují dva typy tranzistorů s efektem pole: s řídícím p-n-spojem (obr. 5) a izolovaná závěrka(obr.6).

Obr. Polovodičová struktura a konvenční grafické označení tranzistoru s efektem pole s řídícím p-n-spojem: a) s kanálem typu n; b) s kanálem typu p

Obr. Polovodičová struktura a konvenční grafické označení tranzistoru s efektem pole s izolovaným hradlem: a) s vestavěným kanálem; b) s indukovaným kanálem

Na rozdíl od bipolárních tranzistorů, u nichž je přenos náboje řízen změnou základního proudu, je u tranzistoru s efektem pole řízen proud změnou řídicího napětí, které reguluje šířku kanálu, kterým protéká proud. Oblast kanálu, ze kterého se nosiče začínají pohybovat, se nazývá zdroj a oblast, do které se hlavní nosiče pohybují, se nazývá odtok. Řídicí oblast v nástroji, který obklopuje kanál, se nazývá brána. Změnou napětí mezi bránou a zdrojem se změní průřez kanálu.

Jsou volány vícevrstvé struktury se třemi pn spojeními tyristory... Jejich hlavní vlastností je schopnost být ve dvou stavech stabilní rovnováhy: maximálně otevřený (s vysokou vodivostí) a maximálně uzavřený (s nízkou vodivostí). Z tohoto důvodu fungují jako bezkontaktní elektronický klíčs jednostrannou vodivostí. Tyristory se dvěma vodiči (dvěma elektrodami) se nazývají diodové tyristory (dinistory), a se třemi (třemi elektrodami) - nebo triodové tyristory (trinistory),nebo symetrické tyristory (triaky),pokud jsou schopny vést proud v obou směrech (obr.7).

Obr. Tyristory: struktura polovodiče: a) diodový tyristor (dinistor); d) trinistor; g) symetrický tyristor (triak); konvenční grafické označení: b) diodový tyristor; e) trinistor; h) triak; charakteristiky proudového napětí: c) diodový tyristor; f) trinistor; i) triak

Mezi polovodičové fotobuňky patří: fotorezistor, fotodioda, fototranzistor, fototyristor, světelná dioda (obr.8).

Obr. 8. Podmíněné grafické označení polovodičových fotobuněk: a) fotorezistor; b) fotodioda; c) fototranzistor; d) fototyristor; e) LED

Fotorezistor nazývá se polovodičové zařízení, jehož odpor závisí na osvětlení. Se zvyšujícím se osvětlením se odpor fotorezistoru snižuje.

Princip fotodiody na základě zvýšení inverze aktuální pn přechod při osvětlení. Fotodioda se používá bez dalšího zdroje energie, protože sama je generátorem proudu a síla proudu je úměrná osvětlení.

Ve fototranzistoru sběratelská základna pn je fotodioda.

LED diody emitují světlo, když jimi prochází stejnosměrný proud. Jas záře je úměrný dopřednému proudu.

Pokud jsou LED a fotocitlivý prvek, například fototranzistor, kombinovány v jednom krytu, lze vstupní proud převést na výstupní proud s úplným galvanickým oddělením obvodů. Takové optoelektrické prvky se nazývají optočleny (obr.9).

Obr. 9. Podmíněné grafické označení polovodičových optočlenů:

a) odpor; b) dioda; c) tranzit; d) tyristor

Mezi nejběžnější polovodičové rezistory patří kromě fotorezistorů také: termistory a varistory, jehož odpor se mění s teplotou a aplikovaným napětím (obr. 10).

Obr. 10. Podmíněné grafické označení polovodičových rezistorů: a) termistor; b) varistor

Pomocí uvažovaných elektronických zařízení se provádějí nezbytné transformace elektrické energie a signálů. Nejjednodušším typem převodu je střídavé usměrňování, složitějšími jsou střídání DC-AC, zesílení, generování a převod signálů různých tvarů.

Usměrňovače převést střídavé napětí napájecí sítě na přímé napětí při zátěži (obr. 11). Používají se jako zdroje sekundárního napájení. Střídavé napětí síťového napájení pomocí výkonového transformátoru se sníží nebo zvýší na požadovanou hodnotu a poté se usměrní usměrňovačem. Výsledkem je, že na výstupu usměrňovače je generováno napětí konstantního směru, které pulzuje (tj. Mění hodnotu v čase) a je proto nevhodné pro napájení většiny elektronických zařízení.

Obr. 11 Blokové schéma usměrňovače

Pro snížení zvlnění usměrněného napětí na výstupu usměrňovače je zahrnut vyhlazovací filtr a v některých případech je dodatečně zaveden stabilizátor konstantního napětí.

Hlavní usměrňovací obvody lze rozdělit na půlvlna (obr. 12) a plná vlna (obr. 13).

Obr. 12. Schémata a časová schémata půlvlnných usměrňovačů: a) jednofázové; b) třífázové

Obr.13. Poloviční vlnové usměrňovače: jednofázové usměrňovače: a) můstkový obvod; b) s vytažením ze středu vinutí transformátoru; c) jejich časové diagramy; třífázový usměrňovač; d) třífázový můstkový obvod; e) jeho časový rozvrh

Vyhlazovací filtry na výstup je vedena pouze přímá složka usměrněného napětí a její proměnné složky jsou co nejvíce oslabeny. V nejjednodušším případě může vyhlazovací filtr obsahovat pouze jeden prvek - buď vysoko indukční tlumivku zapojenou do série na výstupu usměrňovače, nebo velký kondenzátor zapojený paralelně se zátěží (obr. 14).

Obr. Vyhlazovací filtry: a) indukční; b) kapacitní; c) jejich časové diagramy

Stabilizátor napětí se nazývá zařízení, které udržuje napětí na zátěži s danou přesností, když se zátěžový odpor a síťové napětí mění v určitých mezích (obr. 15). Napětí, které stabilizátor udržuje, je nastaveno referenčním prvkem - Zenerovou diodou (obr. 2).

Obr. 15 Schémata zapojení a časování parametrického regulátoru napětí

Zesilovač se nazývá zařízení určené ke zvýšení amplitudy a výkonu vstupního signálu beze změny jeho dalších parametrů. Zvýšení amplitudy a výkonu signálu na výstupu zesilovače je dosaženo převedením energie zdroje stejnosměrného proudu na energii výstupního střídavého signálu. Elektronické zesilovače jsou obecně vícestupňová zařízení. Jednotlivé stupně jsou propojeny obvody, kterými se přenáší střídavý (zesílený) signál a stejnosměrná složka signálu neprochází. Stupně se provádějí podle schématu se společným emitorem a se společným zdrojem, se společným kolektorem a se společným odtokem, se společnou základnou a se společnou bránou (obr. 16).

Obr. Spínací obvody pro tranzistory se společným (-i): a) emitorem;

b) sběratel; c) základna; d) zdroj; e) odtok; f) závěrka

Obvod libovolného stupně se skládá z napájecího zdroje, tranzistoru a zkreslených obvodů, které zajišťují provoz tranzistoru stejnosměrným proudem, tj. Klidový režim (obr. 17).

Vícestupňové zesilovače jsou sériové zapojení stejného typu zesilovacích stupňů.

Integrované zesilovače používají přímé spojení mezi stupni. Takové zesilovače mohou zesilovat libovolně pomalu se měnící signály a dokonce i signály stejnosměrného proudu, a proto se jim říká stejnosměrné zesilovače. Moderní stejnosměrné zesilovače zesilují signály ve velmi širokém rozsahu frekvencí a patří do kategorie širokopásmových zesilovačů.

Obr. 17 Obvody zesilovače: a) na bipolárním tranzistoru; b) na tranzistoru s efektem pole

Nevýhodou přímých vazebních zesilovačů je změna výstupního napětí v klidovém režimu (nulový drift) v důsledku nestability napájecího napětí, teploty a dalších faktorů. Účinným způsobem, jak snížit nulový drift v takových zesilovačích, je použití stupňů diferenciálního zesílení.

Diferenciální zesilovač je navržen tak, aby zesiloval rozdíl mezi dvěma vstupními signály a jedná se o vyvážený dvoutranzistorový obvod s kombinovanými vysílači, který má dva vstupy a dva výstupy (obr. 18).

Obr. Diferenciální zesilovač

Operační zesilovač(Obr. 19), stejně jako jakýkoli jiný zesilovač, je navržen tak, aby zesiloval amplitudu a výkon vstupního signálu. Název „funkční“ dostal od analogů na diskrétních prvcích, které prováděly různé matematické operace (sčítání, odčítání, násobení, dělení, logaritmus atd.), Zejména v analogových počítačích. V současné době se operační zesilovač nejčastěji provádí ve formě integrovaného obvodu.

Obr. 19 Operační zesilovač

Elektronické generátory nazývají se samočinně oscilující (samovybuzené) systémy, ve kterých se energie zdroje energie (stejnosměrný proud) převádí na energii střídavého signálu požadovaného tvaru.

V generátorech sinusového napětí tranzistory pracují v zesilovacím režimu. Na rozdíl od nich v pulzních generátorech tranzistory pracují v klíčovém režimu (když je tranzistor střídavě plně otevřený, pak ve zcela uzavřeném stavu). V otevřeném stavu prochází tranzistor maximálním proudem a má minimální výstupní napětí určené jeho zbytkovým napětím. V uzavřeném stavu je jeho proud minimální a výstupní napětí je maximální a blízké napětí napájecího zdroje. Takový prvek se nazývá tranzistorový spínač(obr. 20).

Obr. 20. Schémata tranzistorových spínačů: a) na bipolárním tranzistoru; b) na tranzistoru s efektem pole; c) jejich časové diagramy

Multivibrátory Jsou generátory impulzů s kladem zpětná vazba, ve kterém zesilovací prvky (tranzistory, operační zesilovače) pracují v klíčovém režimu.

Multivibrátory nemají jediný stav stabilní rovnováhy, proto patří do třídy samo-kmitajících generátorů a jsou založeny na diskrétních tranzistorech, integrálních logických hradlech a operačních zesilovačích (obr. 21).

Obr. Schémata samovolně kmitajících multivibrátorů: a) na diskrétních prvcích; b) na integrálních logických branách; c) na operačním zesilovači; d) jejich časové diagramy

Integrovaný mikroobvod (IC) je soubor několika vzájemně propojených tranzistorů, diod, kondenzátorů, rezistorů atd. Vyrábí se v jediném technologickém cyklu (tj. Současně), na stejné nosné konstrukci - substrátu a vykonává určitou funkci převodu elektrických signálů ...

Komponenty, které jsou součástí IC a nelze je od něj oddělit jako nezávislé produkty, se nazývají prvky IC nebo integrální prvky. Naproti tomu strukturálně izolované zařízení a části se nazývají diskrétní komponenty a uzly a bloky postavené na jejich základě se nazývají diskrétní obvody.

Vysoká spolehlivost a kvalita v kombinaci s malými rozměry, hmotností a nízkými náklady na integrované obvody zajistily jejich široké uplatnění v mnoha oblastech vědy a techniky.

Základem moderní mikroelektroniky je polovodičové integrované obvody... V současné době rozlišovat dvě třídy polovodičových integrovaných obvodů: bipolární a MIS.

Hlavním prvkem bipolárních integrovaných obvodů je n-p-n-tranzistor: celý technologický cyklus je zaměřen na jeho výrobu. Zbytek prvků se vyrábí současně s tímto tranzistorem bez dalších technologických operací. Například rezistory jsou vyrobeny se základní vrstvou NPN, takže mají stejnou hloubku jako základní vrstva. Jako kondenzátory se používají reverzně předpjaté pn křižovatky, ve kterých n-vrstva odpovídá kolektorové vrstvě npn-tranzistoru a p vrstva odpovídá základní vrstvě.

Logické prvky volání elektronických zařízení, která provádějí nejjednodušší logické operace: NOT, OR, AND (obr. 22).

Obr. Konvenční tabulky označení a pravdivosti nejjednodušších logických prvků: a) NE; b) NEBO; v a

Logické funkce a logické operace na nich tvoří předmět logické algebry neboli booleovské algebry. Algebra logiky je založena na logických hodnotách, které jsou označeny latinskými písmeny A, B, C, D atd. Logická hodnota charakterizuje dva vzájemně se vylučující pojmy: je a není, pravdivý a nepravdivý, zapíná a vypíná atd. Pokud jeden z hodnoty logické hodnoty jsou označeny A, druhá je označena „ne A“.

Pro operace s logickými hodnotami je vhodné použít binární kód, za předpokladu A \u003d 1, „ne A“ \u003d 0 nebo naopak A \u003d 0, „ne A“ \u003d 1. V systému binárních čísel může stejný obvod provádět logické i aritmetické operace. Pokud je pojem "ne A" označen zvláštním písmenem, například B, pak bude vztah mezi B a A vypadat takto: B \u003d.

Toto je nejjednodušší logická funkce zvaná funkce negace, inverze nebo NOT. Obvod poskytující tuto funkci se nazývá invertor nebo NOT obvod.

Obvody OR (disjunktor) a AND (spojka) lze provádět na rezistorech (rezistorová logika), na diodách (diodová logika), na tranzistorech (tranzistorová logika). Nejčastěji se tyto obvody používají v kombinaci s měničem a poté implementují funkce OR-NOT, AND-NOT (obr. 23).

Obr. Tabulky legend a pravd:

a) Pierceův šíp; b) Schaefferova mrtvice

Funkce OR-NOT (Peirceova šipka) a AND-NOT (Schaefferův tah) jsou nejběžnější, protože na jejich základě lze implementovat jakoukoli jinou logickou funkci. Počet proměnných, a tím i počet vstupů pro odpovídající obvody, se může rovnat dvěma, třem, čtyřem nebo více. V logických branách jsou logické nuly a jednotky obvykle reprezentovány různými hodnotami napětí: napětí (nebo nulová úroveň) U 0 a napětí (nebo jedna úroveň) U 1. Pokud je úroveň jednoho větší než nula, pak se říká, že obvod funguje v kladné logice, jinak (U 1< U 0) она работает в отрицательной логике. Никакой принципиальной разницы между положительной и отрицательной логиками нет. Более того, одна и та же схема может работать и в одной, и в другой логике.

Nejpoužívanější je obvod TTL (logika tranzistoru-tranzistoru) typu NAND.

Kombinací logických obvodů OR-NOT nebo AND-NOT můžete vytvářet různá zařízení, jak s pamětí, tak bez paměti.

Na digitální zařízení s pamětí zahrnují: spouštěče, čítače, registry.

Spouštěčese nazývají zařízení, která mají dva stavy stabilní rovnováhy a jsou schopna náhle přepnout z jednoho stabilního stavu do druhého pokaždé, když řídicí vstupní signál překročí určitou úroveň, která se nazývá mezní hodnota spouštění.

Existuje několik typů spouštěčů: RS, D, T, JK atd., Které jsou průmyslem vyráběny ve formě samostatných mikroobvodů a jsou také založeny na logických hradlech NAND nebo NOR (obr. 24).

Obr.24. Grafické symboly spouště: a) RS-spouštěč založený na logických branách OR-NOT; ve formě samostatných mikroobvodů: b) RS-trigger; c) D-spoušť; d) T-spoušť; e) Flip-flop JK

V zařízeních pro zpracování digitálních informací se měřený parametr (úhel otáčení, rychlost, frekvence, čas, teplota atd.) Převádí na napěťové impulsy, jejichž počet charakterizuje hodnotu tohoto parametru. Tyto impulsy se počítají čítače pulzů (obr. a) a jsou vyjádřeny jako čísla.

Obr. 25. Grafické symboly: a) čítač pulsů;

b) zaregistrovat se; c) dekodér; d) kodér; e) multiplexor;

f) aritmetická logická jednotka

Registry jsou funkční jednotky digitálních zařízení určené pro příjem, ukládání, přenos a transformaci informací (obr. b).

Na digitální zařízení bez paměti patří: dekodéry, kodéry, multiplexory, demultiplexory atd.

Dekodér se nazývá zařízení, které produkuje jediný signál pouze na jednom ze svých výstupů, v závislosti na kódu binárního čísla na svých n vstupech (obr. v).

Scrambler (obr. r) vykonává funkci naproti dekodéru.

Multiplexer se nazývá zařízení pro přepínání jednoho z informačních vstupů na jeden z jeho výstupů, v závislosti na binárním kódu na jeho m adresních vstupech (obr. d).

Demultiplexer vykonává funkci naproti multiplexeru.

V závislosti na počtu prvků na jednom krystalu hovoří o jiném stupni integrace IC. Velký integrovaný obvod (LSI) obsahuje několik milionů prvků na jednom čipu (v jednom balíčku) a plní funkce složitých zařízení. Jedná se o funkčně kompletní produkt.

LSI, která zahrnuje alespoň hlavní uzly procesoru: aritmetická logická jednotka (obr. E), dekodér příkazů a řídicí zařízení mikroprocesor... Může zahrnovat další bloky, které rozšiřují možnosti mikroprocesoru. Mikroprocesor slouží k logickému zpracování, ukládání a transformaci dat. Jedná se o univerzální polovodičové zařízení ve svých schopnostech a může být použito v řídicích systémech pro složitá zařízení.

Dotazy k tématu

1. Co studuje elektronika?

2. Jaká zařízení se nazývají elektronická?

3. Jak se liší polovodičové materiály od vodičů a dielektrik?

4. Jak je strukturována křižovatka p-n? Jaká je hlavní vlastnost spojení, které na jeho základě umožňuje výrobu polovodičových součástek?

5. Jak funguje dioda? Jaká je jeho charakteristika proudového napětí?

6. Jak funguje bipolární tranzistor a jak funguje?

7. Jak funguje tranzistor s efektem pole? Jak se liší od bipolárního tranzistoru?

8. Jaké jsou názvy a jaké jsou výstupy bipolárních tranzistorů a tranzistorů s efektem pole?

9. Na čem spočívá stabilizace napětí u Zenerovy diody? Jaké parametry se vyznačují zenerovými diodami?

10. Jak převést sinusové napětí na DC?

11. Jak fungují diodové usměrňovače?

12. Jak fungují elektrické filtry?

13. Jak získat stabilní konstantní napětí?

14. Na co se používají zesilovače elektrického signálu?

15. Jaký je princip zesílení proudu a napětí?

16. Jaký je rozdíl mezi zesilovači na tranzistorech a zesilovači na integrovaných obvodech?

17. Co je integrovaný obvod?

18. Jaké prvky se nazývají logické funkce? Jak fungují základní (základní) logické funkce? Jaké operace provádějí?

19. Co jsou digitální zařízení s pamětí?

20. Co jsou digitální zařízení bez paměti?

21. Co je to mikroprocesor? K čemu se používá

Podobné informace.

Kapitola třináctá. Dvouelektrodové lampy a jejich aplikace pro střídavé usměrňování

13-1. Klasifikace a použití elektronických zařízení

Elektronika studuje princip činnosti, strukturu a použití elektronických, iontových a polovodičových zařízení.

Elektronická zařízení se nazývají zařízení, ve kterých je fenomén proudu spojen s pohybem pouze elektronů za přítomnosti vysokého vakua v zařízeních, což vylučuje možnost kolize elektronů s atomy plynu. Tato skupina zařízení zahrnuje například dvou- a tříelektrodové lampy, některé fotobuňky, katodové trubice atd.

Elektronická zařízení se používají v usměrňovačích, zesilovačích, generátorech, vysokofrekvenčních přijímačích, automatizaci, telemechanice, měřicí a výpočetní technice.

Iontová zařízení se nazývají zařízení, ve kterých je fenomén proudu způsoben pohybem elektronů a iontů získaných ionizujícím plynem nebo parami rtuti s elektrony. Patří mezi ně benzotrony, tyratrony, rtuťové ventily atd.

Iontová zařízení se liší od elektronických značnou setrvačností procesů v důsledku obrovské hmotnosti iontu ve srovnání s hmotností elektronu, proto se iontová zařízení používají v instalacích s frekvencí nepřesahující několik kilohertzů - v usměrňovačích středního a vysokého výkonu v obvodech automatické ovládání mechanismy atd.

Polovodičová zařízení se nazývají zařízení, ve kterých je proud vytvářen v pevné látce pohybem elektronů a „děr“ a využívají se vlastnosti polovodičů.

V posledních letech prudce vzrostlo používání polovodičových zařízení díky řadě jejich výhod oproti elektronickým a iontovým zařízením. Mezi hlavní patří: nízká spotřeba energie, malé rozměry, hmotnost a náklady, značná mechanická pevnost, dlouhá životnost a snadné použití. V řadě oblastí radiotechniky, energetiky, automatizace, telemechaniky a výpočetní technologie polovodičová zařízení úspěšně nahrazují elektronická a iontová zařízení.

1. Definice elektronických zařízení. Klasifikace elektronických zařízení

Elektronická zařízení jsou zařízení, jejichž provoz je založen na použití elektrických, tepelných, optických a akustických jevů v pevné látce, kapalině, vakuu, plynu nebo plazmě. Mezi nejběžnější funkce prováděné elektronickými zařízeními patří převod informačních signálů nebo energie.

Hlavní úkoly elektronického zařízení jako převaděče informačních signálů jsou: zesílení, generování, přenos, akumulace a ukládání signálů a také jejich izolace na pozadí šumu.

Elektronická zařízení lze klasifikovat podle jejich účelu, fyzikálních vlastností, základních elektrických parametrů, konstrukčních a technologických charakteristik, povahy pracovního prostředí atd.

V závislosti na typu signálů a způsobu zpracování informací jsou všechna existující elektronická zařízení rozdělena na elektrickou konverzi, elektrické světlo, fotoelektrické, termoelektrické, akustoelektrické a mechanoelektrické.

Podle typu pracovního prostředí se rozlišují následující třídy zařízení: polovodičová, elektrovakuová, výbojka, chemotronická (pracovní médium - kapalina). V závislosti na prováděných funkcích a účelu se elektronická zařízení dělí na usměrňovací, zesilovací, generátorová, spínací, indikační atd.

Podle frekvenčního rozsahu - nízkofrekvenční, vysokofrekvenční, ultravysoká frekvence; z hlediska výkonu - nízký výkon, střední výkon a vysoký výkon.

2. Režimy a parametry elektronických zařízení

Každý z těchto režimů se vyznačuje svými vlastními parametry.

Optimální provozní podmínky zařízení během provozu, testování nebo měření jeho parametrů jsou určeny jmenovitým režimem. Mezní parametry charakterizují maximální přípustné provozní režimy. Patří mezi ně maximální povolené hodnoty napětí na elektrodách zařízení, maximální povolený výkon rozptýlený zařízením atd. K dispozici jsou statické a dynamické režimy. Pokud zařízení pracuje při konstantním napětí elektrod, tento režim se nazývá statický. V tomto případě se všechny parametry v průběhu času nemění. Provozní režim zařízení, ve kterém se napětí na alespoň jedné z elektrod mění v průběhu času, se nazývá dynamický. Kromě parametrů režimu se rozlišují parametry elektronického zařízení (například zisk, vnitřní odpor, kapacity elektrod atd.). Vztah mezi změnami proudů a napětí na elektrodách ve statickém režimu je popsán statickými charakteristikami. Sada statických charakteristik při pevných hodnotách třetího parametru se nazývá rodina charakteristik.

3. Elektrická vodivost materiálů.

Polovodiče používané v elektronice mají monokrystalickou mřížku. Každý atom krystalové mřížky je pevně držen v místech krystalové mřížky díky kovalentním vazbám. V ideální mřížce jsou všechny elektrony spojeny se svými atomy, takže tato struktura nevede elektrický proud. Malé energetické vlivy však mohou vést k oddělení některých elektronů od atomů, což jim umožňuje pohybovat se po krystalové mřížce. Tyto elektrony se nazývají vodivé elektrony. Energetické stavy vodivých elektronů tvoří zónu energetických hodnot (úrovní) nazývanou vodivé pásmo. Energetické stavy valenčních elektronů tvoří valenční pásmo. Zakázané pásmo leží mezi maximální úrovní energie valenčního pásma W in a minimální úrovní vodivého pásma W c. Mezera pásma ve W c určuje minimální energii potřebnou k uvolnění valenčního elektronu, tj. Ionizační energii polovodičového atomu. Mezera pásma pro většinu polovodičů je 0,1 - 3 eV.

4. Koncept elektrochemického potenciálu (Fermiho úroveň).

Pravděpodobnost nalezení volného elektronu v energetickém stavu W je určena funkcí

Polovodiče dotované dárcem se nazývají elektronické polovodiče nebo polovodiče typu n.

Jak teplota stoupá, úroveň Fermi se posune do středu mezery pásma. V případě polovodiče s akceptorovou nečistotou jsou elektrony menšinovými nosiči náboje, díry jsou většinovými nosiči a polovodič s akceptorovou nečistotou se nazývá díra neboli polovodič typu p.

Jak teplota stoupá, úroveň Fermi se posune do středu mezery pásma.

5. Vnitřní vodivost.

Vnitřní a nečistá vodivost polovodičů

1. Vlastnosti polovodičů

díra ". Pouze elektrony jsou skutečné částice ( e). Eelektronová vodivost je způsobena pohybem volných elektronů. Vedení díry je způsobeno pohybem vázaných elektronů, které procházejí z jednoho atomu na druhý a střídavě se navzájem nahrazují, což je ekvivalentní pohybu „děr“ v opačném směru. „Díře“ je obvykle přiřazen náboj „+“. V čistých polovodičích je koncentrace volných elektronů a „děr“ stejná. Elektronová díra vodivost - vodivost způsobená tvorbou nosičů volného náboje (elektronů a „děr“) vzniklých při rozbití kovalentních vazeb se nazývá vlastní vodivost.

6. Nečistota elektrická vodivost polovodičových materiálů.

Vodivost nečistot - vodivost v důsledku tvorby nosičů bezplatných nábojů po zavedení nečistot jiné valence (n) Přísada dárce nimpurities\u003e nsemiconductor Arsen in germanium napprox. \u003d 5; np / wire-to \u003d 4

Každý atom nečistoty přispívá volným elektronem

Polovodiče n - typs příměsí dárce Hlavní nositelé poplatků elektronyNeprimární dopravci o - „Díry“ Elektronická vodivost Akceptorová nečistota n nečistoty< n полупроводник

Indium až Germanium napprox. \u003d 3; np / wire-k \u003d 4 Každý atom nečistoty zachycuje elektron z hlavního polovodiče a vytváří další díru.

7. Elektrické přechody v polovodičových součástkách

Elektrický přechod se nazývá přechodová vrstva mezi oblastmi tělesa s odlišné typy nebo hodnoty vodivosti. Nejčastěji používaný elektrický přechod mezi polovodiči typu n - a p, nazývaný přechod elektron-díra, nebo přechod p-n -. Používají se také přechody mezi oblastmi se stejným typem elektrické vodivosti, ale s různými hodnotami specifické vodivosti (n + -n; p + -p). Znaménko „+“ označuje oblast s vyšší koncentrací nečistot.

Přechody kov-polovodič jsou široce používány. Elektrické spoje lze vytvořit jak na bázi polovodičů se stejnou mezerou v pásmu (homojunctions), tak s různými šířkami (heterojunctions).

Elektrické spoje se používají téměř ve všech polovodičových zařízeních. Fyzické procesy v přechodech jsou základem činnosti většiny polovodičových součástek.

Široce se používají asymetrické spoje p-n, ve kterých je koncentrace nečistot v emitoru mnohem vyšší než v ostatních.

plocha - základna. V symetrických p-n spojích je koncentrace akceptorů v p-oblasti stejná jako koncentrace dárců v n-oblasti.

8-9 Přechod elektronové díry v rovnovážném stavu

Rozdíl kontaktního potenciálu.

Rovnováha odpovídá nulovému vnějšímu napětí při přechodu. Protože koncentrace elektronů v n-oblasti je mnohem vyšší než v p-oblasti a koncentrace otvorů v p-oblasti je vyšší než v n-oblasti. Výsledkem je, že náboje budou difundovat z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací, což povede k objevení se difuzního proudu elektronů a děr.

Na hranici p - a n-regionů se vytvoří vrstva vyčerpaná v mobilních operátorech. Nekompenzovaný náboj pozitivních iontů se objeví v oblasti blízkého kontaktu typu n a nekompenzovaný náboj negativních iontů nečistot se objeví v oblasti díry. Elektronický polovodič je tedy nabit kladně a dírový polovodič záporně.

Mezi oblastmi polovodiče s různými typy elektrické vodivosti vzniká elektrické pole o intenzitě E. Výsledná dvojitá vrstva elektrických nábojů se nazývá blokování, je ochuzena o základní nosiče a v důsledku toho má nízkou elektrickou vodivost.

Vektor intenzity pole je směrován takovým způsobem, že zabraňuje difúznímu pohybu většinových nosičů a zrychluje menšinové nosiče. Toto pole odpovídá rozdílu kontaktního potenciálu ϕ k spojenému se vzájemnou difúzí nosných. Mimo křižovatku pn zůstávají polovodičové oblasti neutrální. Pohyb nositelů menšin tvoří driftový proud směřující k difúznímu proudu. Za rovnovážných podmínek by tedy drift protiproudů a difúzní proudy měly být stejné, tj.

Pak výraz rozdílu kontaktního potenciálu ϕ k v p-n-spojení

10. Přechod elektronové díry v nerovnovážném stavu

Pokud je k p-n-spoji připojen zdroj napětí, dojde k narušení rovnovážného stavu a v obvodu bude proudit proud. Rozlišujte mezi přímým a zpětným začleněním spojení p-n.

10. Přímé zapnutí... Nechť je vnější napětí aplikováno plusem na p-oblast a mínusem na n-oblast. Navíc je to naopak ve znamení rozdílu kontaktního potenciálu. Vzhledem k tomu, že koncentrace mobilních nosičů v p-n-křižovatce je mnohem nižší než v p - a n-regionech, odpor p-n-křižovatky je mnohem vyšší než odpor p - a n-regionů. Lze předpokládat, že použité napětí na křižovatce úplně poklesne. Většina nosných se bude pohybovat směrem ke kontaktu, čímž se sníží deficit nosných v pn křižovatce a sníží se odpor a tloušťka pn křižovatky. Tok primárního média kontaktem se zvýší. Proud protékající spojkou se v tomto případě nazývá přímý a napětí přiváděné na spoj se nazývá dopředné napětí. Difúze otvorů přechodem vede ke zvýšení koncentrace otvorů za přechodem. Výsledný koncentrační gradient děr určuje jejich difúzní průnik hluboko do n-oblasti, kde jsou nositeli menšin. Tento jev se nazývá injekce (injekce). Vstřikování otvorů neporušuje elektrickou neutralitu v n-oblasti, protože je doprovázeno příchodem stejného počtu elektronů z vnějšího obvodu.

11. Reverzní inkluze.

Pokud je na oblast n přivedeno vnější napětí plus do oblasti n a mínus do oblasti p, pak se shoduje ve znamení rozdílu kontaktního potenciálu. V takovém případě se napětí na křižovatce zvyšuje a výška potenciální bariéry se stává vyšší než v nepřítomnosti napětí.

Směr výsledného proudu je opačný ke směru dopředného proudu, proto se nazývá reverzní proud a napětí způsobující reverzní proud se nazývá reverzní napětí. Pole v přechodu se zrychluje pouze u menšinových dopravců. Působením tohoto pole klesá koncentrace minoritních nosičů na přechodové hranici a objevuje se gradient koncentrace nosičů náboje. Tento jev se nazývá extrakce nosiče.

Vzhledem k tomu, že počet menšinových nosičů je malý, je extrakční proud křižovatkou mnohem menší než dopředný proud. Je prakticky nezávislý na aplikovaném napětí a je to saturační proud.

Spojení pn má tedy asymetrickou vodivost: vodivost v dopředném směru významně převyšuje vodivost spojení pn v opačném směru, což našlo široké uplatnění při výrobě polovodičových součástek.

12. Proudově-napěťová charakteristika křižovatky p-n

Proudově-napěťová charakteristika p-n-křižovatky je závislost proudu procházejícího p-n-křižovatkou na velikosti a polaritě aplikovaného napětí.

https://pandia.ru/text/78/661/images/image016_9.jpg "width \u003d" 714 "height \u003d" 480 src \u003d "\u003e

13. Vlastnosti p-n-spojení

Při velkém záporném napětí v p-n- přechod, je pozorován prudký nárůst zpětného proudu. Tento jev se nazývá zhroucení. p-n-přechod. K rozpadu přechodu dochází při dostatečně silném elektrickém poli, kdy jsou nosiče nábojů menšiny tak zrychleny, že ionizují atomy polovodičů. Během ionizace se vytvářejí elektrony a díry, které při zrychlování opět ionizují atomy atd., V důsledku čehož se difúzní proud křižovatkou prudce zvyšuje a na charakteristice proudu p-n- přechod v oblasti velkých záporných napětí, je pozorován skok zpětného proudu. Je třeba poznamenat, že po poruše křižovatka selže, pouze pokud dojde k nevratným změnám v její struktuře v případě nadměrného přehřátí, které je pozorováno během tepelného poškození. Pokud je výkon přidělen p-n- přechod je udržován na přijatelné úrovni, zůstává funkční i po poruše. Taková porucha se nazývá elektrická (obnovitelná).
276 "align \u003d" left "\u003e

Většina polovodičových diod je založena na jednopólových pn spojích. Jako konstrukční prvky diod se také používají p-i-, n-i-křižovatky, kov-polovodičové křižovatky, p + -p-, p + -n-křižovatky, heterojunkce. Rovněž se vyrábějí diody se strukturami p - i - n‑, p + -p-n- a n + -n-p. Celá elektricky propojená konstrukce je uzavřena v kovovém, skleněném, keramickém nebo plastovém těle, aby se vyloučily vlivy prostředí. Polovodičové diody se vyrábějí v diskrétním i integrálním provedení. Hlavním prvkem polovodičové diody je p-n- spojení, takže charakteristika aktuálního napětí skutečné diody je blízká charakteristice aktuálního napětí p-n- spojení znázorněné na obrázku 3.3, d. Parametry a provozní režim diody jsou určeny její charakteristikou proudového napětí, což ilustruje závislost proudu protékajícího diodou Já na přiložené napětí U... Typická charakteristika proudu a napětí zařízení je uvedena na obrázku.

504 "height \u003d" 390 "align \u003d" center "\u003e

Postava: 2. Grafické označení polovodičových diod.

1 - obecné označení (usměrňovač, pulzní, vysokofrekvenční dioda); 2 - zenerova dioda; 3 - dvouanodová zenerova dioda; 4 - tunelová dioda; 5 - invertovaná dioda; 6 - varikap; 7 - LED; 8 - fotodioda

17. Usměrňovací diody

Navrženy pro převod střídavého proudu s frekvencí 50 až 20 000 Hz na pulzující proud v jednom směru a jsou široce používány v napájecích zdrojích pro elektronická zařízení pro různé účely. Křemík se používá jako polovodičový materiál pro takové diody, méně často germanium a arsenid gália. Princip činnosti usměrňovacích diod je založen na vlastnostech ventilu p-n-křižovatky. Jsou rozděleny na diody s nízkým, středním a vysokým výkonem. Diody s nízkým výkonem jsou určeny pro usměrňovací proudy do 300 mA, střední a vysoký výkon - pro usměrňovací proudy od 300 mA do 10 A a od 10 do 1000 A. Výhody křemíkových diod: nízké zpětné proudy; možnost využití více vysoké teploty prostředí a vysoké zpětné napětí. Výhodou germániových diod je nízký pokles napětí 0,3 - 0,6 V při toku dopředného proudu (ve srovnání s 0,8 - 1,2 V pro křemíkové diody).

Jako usměrňovací diody se používají planární, slitinové, difúzní a epitaxní diody vyrobené na základě asymetrických pn spojů. Bariérová kapacita křižovatky je velká díky své velké ploše a dosahuje desítek pikofarád. Germaniové diody lze používat při teplotách nepřesahujících 70 - 80 ° C, křemíkové diody - do 120 - 150 ° C, arsenid gália - do 150 ° C.

Maximální zpětné napětí nízkofrekvenčních nízkofrekvenčních usměrňovacích diod se pohybuje od několika desítek do 1 200 V. Pro vyšší napětí vyrábí průmysl póly usměrňovače pomocí sériového zapojení diod. Reverzní proudy nepřesahují 300 μA pro germánské diody a 10 μA pro křemíkové diody.

Výkonné (výkonové) diody se liší frekvenčními vlastnostmi a pracují při frekvencích od desítek hertzů po desítky kilohertzů a jsou vyrobeny převážně z křemíku.

Provoz při vysokých proudech a vysokých zpětných napětích je spojen s uvolněním významného výkonu v pn křižovatce. Proto se v instalacích s diodami středního a vysokého výkonu používají chladiče - radiátory se vzduchovým a kapalným chlazením. Při chlazení vzduchem je teplo odváděno pomocí radiátoru. V tomto případě může být chlazení přirozené (v důsledku proudění vzduchu) nebo nucené (pomocí vyfukování skříně zařízení a chladiče s ventilátorem). Při chlazení kapalinou prochází speciálními kanály do chladiče kapalina odvádějící teplo (voda, nemrznoucí směs, transformátorový olej, syntetické dielektrické kapaliny).

Hlavní parametry usměrňovacích diod jsou:

maximální přípustný dopředný proud Ipr max;

dopředný pokles napětí na diodě Upr (při Ipr max);

maximální povolené zpětné napětí Urev max;

zpětný proud při daném zpětném napětí Iobr (při max. Uobr);

rozsah provozních teplot prostředí;

opravný koeficient Kv;

omezující frekvence oprav, což odpovídá dvojnásobnému snížení opravného faktoru.

18. Zenerovy diody

Polovodičové zenerové diody jsou diody určené ke stabilizaci úrovně napětí v obvodu. Princip činnosti zenerových diod je založen na použití elektrického typu rozpadu pn přechodu se zpětným zkreslením.

Na reverzní větvi charakteristiky I - V je úsek se slabou závislostí napětí na velikosti zpětného proudu (úsek s elektrickým rozpadem pn křižovatky). Jako zenerovy diody se používají rovinné křemíkové diody. Charakteristika I - V zenerovy diody je uvedena na obr. 5. Velikost zpětného napětí, při které se začíná vyvíjet elektrický rozpad, závisí do značné míry na měrném odporu výchozího materiálu, který je určen koncentrací nečistot.

Při napětí menším než 6 V převládá v tunelu pn diody přerušení tunelu. V rozmezí od 6 do 12 V jsou pozorovány oba typy elektrického rozpadu - tunel a lavina a převládá nad 12 V lavina. Se změnou teploty se mění stabilizační napětí Ust. Nízkonapěťové a vysokonapěťové zenerovy diody mají opačné změny stabilizačního napětí se zvyšující se teplotou. S rozpadem tunelu Ust klesá se zvyšující se teplotou a s rozpadem laviny se zvyšuje. U napětí od 6 do 12 V je účinek teploty nevýznamný, protože v křižovatce existují oba typy poruchy.

Hlavní parametry zenerovy diody jsou:

stabilizační napětí Ust - pokles napětí na zenerově diodě, když protéká daný stabilizační proud;

minimální Ist min a maximální Ist max zenerovy diodové proudy;

teplotní koeficient stabilizačního napětí

;

Polovodičové diody používané ke stabilizaci napětí pod 1 V pomocí přední větve charakteristiky I - V se nazývají stabilizátory.

19. Varikapi

Varicaps využívá závislost bariérové \u200b\u200bkapacity pn křižovatky na zpětném napětí. Jsou rozděleny na zastřihovače nebo varikopy a multiplikátory nebo varaktory. Varicaps se používají ke změně rezonanční frekvence vibračních systémů. K násobení frekvence se používají varaktory.

Hlavní speciální parametry varikaps jsou:

jmenovitá kapacita Sv, měřená při daném zpětném napětí Urev;

koeficient překrytí kapacity https://pandia.ru/text/78/661/images/image028_13.gif "width \u003d" 79 "height \u003d" 52 "\u003e je poměr reaktance varikapu při dané frekvenci střídavého signálu ke ztrátovému odporu;

teplotní koeficient kapacity - poměr relativní změny kapacity k absolutní změně teploty okolí, která ji způsobila.

Kromě uvažovaných diod se vyrábějí tunelové diody, diody Gunn, lavinové tranzitní diody, které úspěšně fungují v mikrovlnném kmitočtovém rozsahu (0,3 ... 300 GHz), stejně jako fotografické a vyzařovací diody používané ve fotoelektrických a optoelektronických zařízeních a jako indikační zařízení.

20. Pulzní diody

Navrženo pro práci v digitálních a jiných zařízeních s impulzní technologií. Jsou označeny stejným způsobem jako usměrňovače, mají krátkou dobu přechodných procesů. Liší se od usměrňovacích diod malými kapacitami p-n-křižovatky (zlomky pikofaradů) a řadou parametrů, které určují přechodové charakteristiky diody. Pokles kapacit je dosažen zmenšením plochy p-n-křižovatky, proto jsou jejich přípustné rozptylové síly nízké (30 - 40 mW).

Provoz pulzních diod je ovlivněn účinky akumulace a resorpce nosičů náboje. Když je dioda vystavena krátkodobým pulzům, začíná ovlivňovat setrvačnost procesů resorpce nosičů a přebíjení její kapacity. Doba pro stanovení odporu přímo spojeného p-n-spojení diody tust je určena vstřikováním nosičů náboje, jejich difuzním pohybem do hloubky základny, což snižuje objemový odpor diodové základny do jejího stacionárního stavu. Po skončení obdélníkového pulzu, když je p-n spojení opět zapnuto, se reverzní proud zpočátku prudce zvyšuje v důsledku intenzivní resorpce nerovnovážných nosičů, následovaný jeho exponenciálním poklesem na stacionární hodnotu tepelného proudu I0.

, kde vdr a vrec jsou rychlosti driftu a rekombinace nosičů ve struktuře, které určují rychlost absorpce nosičů, W je délka struktury diody mezi jejími svorkami. Rychlost driftu nosiče závisí na intenzitě pole, je relativně malá a má svůj vlastní limit vsat. Ke snížení tbos je nutné snížit objem polovodičové struktury a zvýšit rychlost rekombinace menšinových nosičů, čehož je dosaženo technologií výroby pulzních diod: zavedením neutrálních nečistot, nejčastěji zlata (Au) do původního materiálu, k vytvoření takzvaných „pastí“ - rekombinačních center. Parametry pulzních diod jsou stejné jako parametry vysokofrekvenčních diod. Navíc jsou k nim přidány specifické parametry:

ü celková kapacita diody SD (desetiny jednotky pikofaradu);

ü maximální impulzní dopředné napětí Upr max a;

o maximální povolený impulsní proud Ipr max a;

ü čas pro stanovení dopředného napětí - časový interval od okamžiku, kdy je impuls dopředného proudu aplikován na diodu, do dosažení stanoveného dopředného napětí (zlomky nanosekund, zlomky mikrosekund);

ü doba zpětného zotavení diody tvos - doba přepnutí diody z daného dopředného proudu na dané reverzní napětí od okamžiku, kdy proud prochází nulou, dokud reverzní proud nedosáhne dané hodnoty (zlomky nanosekund ¼ zlomky mikrosekund).

Pro snížení tv se používají speciální typy pulzních diod: diody se Schottkyho bariérou (DBSh), diody s akumulací náboje (DCC). V SDS je spojení vytvořeno na základě usměrňovacího kontaktu kov-polovodič, ve kterém je pracovní funkce z kovu větší než pracovní funkce z polovodiče. Tyto diody netráví čas akumulací a resorpcí nábojů v základně, jejich rychlost závisí pouze na rychlosti procesu dobíjení bariérové \u200b\u200bkapacity. Strukturálně jsou SDB vyráběny ve formě silikonové desky s nízkým odporem, na kterou je nanesena vysoce odolná epitaxní fólie s elektrickou vodivostí stejného typu. Na povrch filmu se nanáší vakuovou depozicí kovová vrstva. Setrvačnost SDS je určena hlavně kapacitou kontaktů usměrnění, která může být menší než 0,01 pF.

DNZ - používá se k vytváření krátkých obdélníkových pulzů. Toho je dosaženo nerovnoměrným dopováním oblasti diody. K výrobě těchto diod se používají mesa a epitaxní technologie.

21. Diody s uložením náboje (DNZ).

V DNZ je základna vyrobena nerovnoměrně legovanou po celé délce. V takových diodách koncentrace nečistot v bázi klesá, když se blíží křižovatce p-n; proto je koncentrace většinových nosičů báze, elektronů, také nerovnoměrná, pokud má báze vodivost typu n. Díky tomu elektrony difundují směrem k p-n-křižovatce a zanechávají v hloubce báze přebytečný kladný náboj atomů dárce.

nečistota a blízko přechodu je nadměrný náboj elektronů. Mezi těmito náboji vzniká elektrické pole směřující k přechodu. Působením tohoto pole se otvory vstřikované do základny během přímého zapnutí diody koncentrují (akumulují) v základně na hranici spojení. Když je dioda přepnuta z dopředného na zpětný směr, tyto otvory působením pole uvnitř křižovatky rychle opouštějí základnu k emitoru a doba zotavení zpětného odporu se snižuje.

K výrobě těchto diod se používají mesa a epitaxní technologie.

22. Diody se Schottkyho bariérou.

doba zpětného zotavení diody tvos - doba přepnutí diody z daného dopředného proudu na dané reverzní napětí od okamžiku, kdy proud prochází nulovou hodnotou, dokud reverzní proud nedosáhne dané hodnoty (zlomky nanosekund ... zlomky mikrosekund). Pro snížení tv se používají speciální typy pulzních diod: diody se Schottkyho bariérou (DBSh), diody s akumulací náboje (DNZ). V SDS je spojení vytvořeno na základě usměrňovacího kontaktu kov-polovodič, ve kterém je pracovní funkce z kovu větší než pracovní funkce z polovodiče. Tyto diody netráví čas akumulací a resorpcí nábojů v základně, jejich rychlost závisí pouze na rychlosti procesu dobíjení bariérové \u200b\u200bkapacity. Strukturálně jsou SDB vyrobeny ve formě silikonové desky s nízkým odporem, na kterou je nanesen vysoce odolný epitaxní film s elektrickou vodivostí stejného typu. Na povrch filmu se nanáší vakuovou depozicí kovová vrstva. Setrvačnost LBS je určena hlavně kapacitou usměrňovacího kontaktu, která může být menší než 0,01 pF.

23 Tunelové a obrácené diody

Princip činnosti tunelovací diody (TD) je založen na jevu tunelového efektu v pn křižovatce tvořené degenerovanými polovodiči. To vede k tomu, že se na charakteristice proudového napětí objeví část se záporným diferenciálním odporem při dopředném napětí. Je známo, že částice s nedostatečnou energií k překonání potenciální bariéry může projít skrz ni, pokud je na druhé straně této bariéry hladina volné energie, kterou zabírala před bariérou. Tento jev se nazývá tunelový efekt. Čím užší je potenciální bariéra a čím nižší je její výška, tím větší je pravděpodobnost spojení tunelu. Přejezd tunelu probíhá bez spotřeby energie. Charakteristika proudového napětí tunelové diody je znázorněna na obr. 2,26, a.

2.17. Parametry tunelové diody

Špičkový proud I p (od stovek mikroamperů - až po stovky miliampérů).

Špičkové napětí U p - dopředné napětí odpovídající proudu p I.

Proud deprese I in, odpovídající napětí U in.

Žlabové napětí je dopředné napětí odpovídající proudu v I. Napětí řešení U p je dopředné napětí odpovídající typickému proudu na druhé vzestupné větvi charakteristiky I - V určuje možný napěťový skok přes zátěž, když tunelová dioda pracuje ve spínacím obvodu.

24. Různé tunelové diody jsou obrácené diody, vyrobené na bázi polovodiče s koncentrací nečistot v oblastech p - a n - diody, které jsou nižší než v tunelových diodách, ale větší než v běžných usměrňovacích diodách.

Charakteristika proudového napětí invertované diody je znázorněna na obr. 2.28.

Přední větev I - V charakteristiky reverzní diody je podobná přední větvi konvenční usměrňovací diody a zadní větev je podobná zpětné větvi I - V charakteristiky tunelové diody, protože při zpětných napětích se elektrony tunely z valenčního pásma oblasti p do vodivého pásma oblasti n a při nízkých zpětných napětích (desítky milivoltů) reverzní proudy jsou velké. Invertované diody tedy mají usměrňovací účinek, ale směr vedení v nich odpovídá zpětnému připojení a směr blokování odpovídá přímému připojení. Díky tomu je lze použít v mikrovlnných detektorech a mixérech jako spínače.

V 19. století bylo objeveno množství fyzikálních jevů, jejichž povaha je způsobena interakcí volných elektronů s elektromagnetickým polem a hmotou. Takové jevy se nazývají elektromagnetické. Tyto zahrnují:

- emise elektronů zahřátým tělesem - termionická emise;

- emise elektronů látkou pod vlivem fotonů (fotoelektrický jev);

- emise fotonů látkou pod vlivem elektronů (luminiscence);

- závislost elektronické vodivosti obvodu sestávajícího z vyhřívaných a nevyhřívaných elektrod, oddělených vakuovou mezerou, na směru proudu;

- ionizace vzácného plynu během průchodu proudu rychle se pohybujících elektronů doprovázená prudkým zvýšením elektrické vodivosti média;

- přítomnost dvou typů polovodičové elektrické vodivosti (elektronů a otvorů) v závislosti na převaze jednoho nebo druhého typu nosičů náboje (elektronů nebo otvorů);

Uvedené a mnoho dalších elektronických jevů je dobře prostudováno a má praktické využití. Zařízení, jejichž princip činnosti je založen na fyzikálních jevech spojených s pohybem elektricky nabitých částic ve vakuu, plynu nebo v pevné látce, se nazývají elektronická. Vědeckotechnická oblast, která se zabývá studiem a vývojem elektronických zařízení a zařízení, se nazývá elektronika.

Nejběžnější klasifikační funkcí je pracovní prostředí, ve kterém v zařízení probíhají hlavní fyzikální procesy. Rozlišuje se tedy mezi elektrovakuovými, iontovými (výbojky) a polovodičovými zařízeními.

V elektrovakuových zařízeních je pracovní prostor izolován od okolního prostředí plynotěsným pláštěm - válcem. Elektrické procesy v těchto zařízeních probíhají ve vysoce zředěném plynném prostředí s tlakem asi 10-6 mm Hg. Umění. Elektrovakuová zařízení zahrnují elektronické lampy, elektronový paprsek, fotoelektronická a mikrovlnná zařízení.

Iontovým (výbojovým) zařízením se říká zařízení, jejichž válce jsou naplněny inertními plyny (argon, neon, krypton atd.), Jejich směsí, vodíkem nebo parami rtuti. Tlak plynu ve válci není velký: 10-10-5 mm Hg. Umění. Plnění zařízení plynem umožňuje, aby jimi prošel mnohem větší proud, než je možné v elektrickém vakuovém zařízení se stejnou spotřebou energie, což se vysvětluje nízkým vnitřním odporem zařízení a v důsledku toho malým poklesem napětí mezi anodou a katodou.

Konstrukce a účel iontových zařízení jsou velmi různorodé. Většina jejich typů se používá k usměrňování střídavého proudu (benzotrony, ignitrony, tyristory, rtuťové ventily atd.). Používají se také ke stabilizaci konstantního napětí (zenerovy diody), jako elektronická relé, spínací zařízení (iontové výbojky).

Mezi nejběžnější funkce prováděné elektronickými zařízeními patří převod informačních signálů nebo energie.

Samotný název „elektronická zařízení“ naznačuje, že ke všem procesům přeměny signálů a energie dochází buď v důsledku pohybu elektronů, nebo s jejich přímou účastí. Hlavní úkoly elektronického zařízení jako převaděče informačních signálů jsou: zesílení, generování, přenos, akumulace a ukládání signálů a také jejich izolace na pozadí šumu.

Největší jsou elektrická zařízení

skupina elektronických zařízení. Patří sem různé typy diod a tranzistorů, tyristory, výbojky plynu, elektrická vakuová zařízení.

Elektrické světlo zahrnuje LED, fluorescenční kondenzátory, lasery, katodové trubice.

Fotovoltaika - fotodiody, fototranzistory, fototyristory, solární baterie.

Termoelektrické - polovodičové diody, tranzistory, termistory.

Akustoelektrické zesilovače, generátory, filtry, zpožďovací vedení na povrchových akustických vlnách patří k akustickým zařízením. V poslední době se na křižovatce elektroniky a optiky vytvořila nová oblast technologie - optoelektronika, která přitahuje metody elektroniky a optiky k řešení problémů tvorby, ukládání a zpracování signálů.

V závislosti na prováděných funkcích a účelu se elektronická zařízení dělí na usměrňovací, zesilovací, generátorová, spínací, indikační atd.

Podle frekvenčního rozsahu - nízkofrekvenční, vysokofrekvenční, ultravysoká frekvence; z hlediska výkonu - nízký výkon, střední výkon a vysoký výkon.

Koncept režimu elektronického zařízení zahrnuje soubor podmínek, které určují jeho činnost. Libovolný režim je určen sadou parametrů. Rozlišujte mezi elektrickým, mechanickým a klimatickým režimem. Každý z těchto režimů se vyznačuje svými vlastními parametry. Optimální provozní podmínky zařízení během provozu, testování nebo měření jeho parametrů jsou určeny jmenovitým režimem.

Mezní parametry charakterizují maximální přípustné provozní režimy. Patří mezi ně maximální přípustné napětí na elektrodách zařízení, maximální přípustný výkon rozptýlený zařízením atd. Rozlišujte mezi statickým a dynamickým režimem. Pokud zařízení pracuje při konstantním napětí elektrod, tento režim se nazývá statický. V tomto případě se všechny parametry v průběhu času nemění. Provozní režim zařízení, ve kterém se napětí na alespoň jedné z elektrod mění v průběhu času, se nazývá dynamický.

Kromě parametrů režimu se rozlišují parametry elektronického zařízení (například zisk, vnitřní odpor, kapacity interelektrod atd.). Vztah mezi změnami proudů a napětí na elektrodách ve statickém režimu je popsán statickými charakteristikami. Sada statických charakteristik při pevných hodnotách třetího parametru se nazývá rodina charakteristik.

Téma 2. Fyzikální jevy polovodičové elektroniky

Polovodiče ve fyzice se obvykle nazývají materiály s měrným odporem r \u003d 10 3 - 10 9 Ohm × cm, na rozdíl od vodičů (kovů), které mají r< 10 4 Ом×см, и диэлектриков - материалов с r >10 10 Ohm × cm.

Polovodiče ano vlastníeh elektrická vodivost,který se nazývá nečistota při výrobě nečistoty.Zaváděním různých nečistot je možné vytvářet polovodiče s požadovanými vlastnostmi.

Provoz většiny polovodičových součástek a aktivních prvků integrovaných obvodů je založen na použití elektrických spojů, jejichž společnou vlastností je přítomnost potenciální bariéry na rozhraní mezi polovodiči. Polovodiče se mohou lišit v typu vodivosti (p nebo n) nebo mohou mít různé fyzikální vlastnosti, například:

Elektrický přechod - přechodová vrstva v polovodičovém materiálu mezi dvěma oblastmi s různými typy elektrické vodivosti nebo různými hodnotami elektrické vodivosti (jednou z oblastí může být kov).

V závislosti na funkčním účelu, úrovni požadovaných elektrických parametrů v diodách, se používají následující typy usměrňovacích a ohmických elektrických uzlů.

Rovnání přechodu - elektrický spoj, jehož elektrický odpor v jednom směru proudu je větší než v druhém.

Ohmický přechod - elektrický spoj, jehož elektrický odpor nezávisí na směru proudu v daném rozsahu hodnot proudu.

Spojení elektronových děr (p-n-křižovatka) Je elektrický přechod mezi dvěma oblastmi polovodiče, z nichž jedna má vodivost typu n a druhou typu p.

Heterogenní přechod (heterojunction) Je elektrický spoj vytvořený v důsledku kontaktu polovodičů s různými šířkami pásma?

Homogenní přechod (homojunction) Je elektrický spoj vytvořený v důsledku kontaktu polovodičů se stejnou mezerou v pásmu.

Schottkyho přechod - elektrický spoj vytvořený v důsledku kontaktu mezi kovem a polovodičem.

Elektronicko-elektronický přechod (spojení n-n +) Je elektrický přechod mezi dvěma oblastmi polovodiče typu n s různými hodnotami elektrické vodivosti.

Spojení otvorů a děr (p-p + spojení) Je elektrický přechod mezi dvěma oblastmi polovodiče typu p s různými hodnotami elektrické vodivosti. Znaménko „+“ obvykle označuje oblast s vyšší elektrickou vodivostí

K vytvoření spojení elektron-díra dochází při kontaktu polovodičů bez použití vnějšího napětí. Atomy vodivosti nečistot umístěné podél rozhraní jsou pevně spojeny s krystalovou mřížkou a jsou nepohyblivé.

Výsledkem je, že difúzní proud mezi oblastmi, který se vytvoří v okamžiku kontaktu, přenese elektrony z vnějších elektronových skořápek atomů v oblasti n na nenaplněné vnější skořápky atomů nečistot v oblasti p typu. Tento proces lze považovat za okamžitou ionizaci všech téměř hraničních atomů nečistot na obou stranách rozhraní, což povede k vytvoření dvou téměř hraničních nabitých vrstev opačného znaménka s ohledem na vodivost nečistot v každé z oblastí.

Tyto dvě mezní vrstvy tvoří oblast e spojení elektron-díra,vyčerpán základními nosiči. Pole tvořené křižovatkou pn je namířeno proti hlavnímu poli tvořenému počátečními atomy p - a n - vodivosti, což způsobuje tvorbu driftového proudu otvorů a elektronů namířených proti počátečnímu difúznímu proudu. Vznikne rovnovážný stav, který je charakterizován určitou hodnotou pole E, šířkou pn křižovatky w, kapacitou C a rozdílem kontaktního potenciálu φк.

Takové přechody mohou být symetrické nebo asymetrické. V symetrických přechodech mají polovodičové oblasti stejnou koncentraci nečistot a v asymetrických přechodech se liší (koncentrace nečistot se liší o několik řádů - tisíce a desítky tisíckrát).

Hranice přechodů mohou být plynulé nebo náhlé a při plynulých přechodech je technologicky obtížné zajistit vysoce kvalitní vlastnosti ventilů, které jsou nezbytné pro normální provoz diod a tranzistorů, proto hraje ostrost hranice významnou roli; v ostrém přechodu se koncentrace nečistot na rozhraní oblastí mění na vzdálenost přiměřenou délce difúze L.

Když je aplikováno externí napětí, jsou pro přechod p-n elektron-díra charakteristické tři stavy: rovnováha; dopředu předpjatý); reverzní předpětí).

Rovnovážný stav křižovatky pn při absenci napětí na externích svorkách. V tomto případě potenciální bariéra vznikající na hranici obou oblastí znemožňuje rovnoměrné rozložení nosných po celém objemu polovodiče. Pouze ti hlavní nositelé jsou schopni překonat tuto bariéru, která má dostatek energie a tvoří se přechodem difúzní proud I dif. Kromě toho v každé oblasti existují menšinové nosiče, pro které se pole pn-křižovatky zrychlí, tyto nosiče se vytvoří přechodem

driftový proud I dr, který se častěji nazývá tepelný nebo saturační proud I 0. Celkový proud procházející rovnovážným p-n-spojem bude roven nule: Volný pohyb nosičů přes spojení elektron-díra je možný, když je snížena potenciální bariéra p-n spojení. Když se to stane injekcepřepravci poplatků, tj. jejich přechod z oblasti emitoru do oblasti základny do jiné působením vnějšího napětí. Emitorová oblast je dotována atomy nečistot mnohem silněji než báze. Vzhledem k různým koncentracím atomů nečistot v asymetrických přechodech dochází k jednosměrnému vstřikování: tok nosiče z oblasti s nízkou koncentrací atomů nečistot (od báze) je velmi slabý a lze jej zanedbávat.

S přímou polaritou externího zdroje je narušen rovnovážný stav přechodu, protože pole tohoto zdroje, umístěné nad polem pn-křižovatky, jej oslabuje, snižuje se zakázaná zóna přechodu, snižuje se potenciální bariéra, odpor přechodu se prudce snižuje, difúzní složka proudu se zvyšuje o faktor „e u / jt“ a je funkcí aplikovaného napětí

kde j t \u003d kT / q - teplotní potenciál (při pokojové teplotě jt \u003d 0,025 V);

k je Boltzmannova konstanta;

T je teplota;

q je elektronový náboj.

Aktuální složka Já asi v idealizovaném spojení při vystavení přímému vnějšímu napětí zůstává prakticky nezměněno. Proto je stejnosměrný síťový proud přes ideální pn spojení

(2.2.)

a nakonec

(2.3)

Rovnice (2.1) ideálního spojení p-n určuje hlavní charakteristiky proudu a napětí polovodičových součástek.

Při konstrukci charakteristiky I - V křižovatky podle (2.1) je vidět, že pro ideální křižovatku pn při napětí větším než nula je charakteristický režim daného dopředného proudu, nikoli napětí. Pro skutečnou charakteristiku I - V, s přihlédnutím k úbytku ohmického napětí v základní vrstvě, je vnější napětí rozděleno mezi pn spojení a základní vrstvu (základní odpor r b s malou spojovací oblastí může být desítky Ohmů), proto platí rovnice (1.1) popisující statickou I - V charakteristiku (obr. 2.1) ) skutečného přechodu lze psát následovně:

(2.4)

Když je polarita externího zdroje obrácena, polarita externího zdroje napětí se shoduje s polaritou rozdílu kontaktního potenciálu, zvyšuje se potenciální bariéra p-n-křižovatky a rozšiřuje se přechodová mezera. Při nízkých hodnotách zpětného napětí procházejícím p-n-křižovatkou bude také pozorován pohyb většinových nosných, tvořící proud opačný k driftovému proudu:

(2.5)

Výsledný proud procházející přechodem pn působením zpětného napětí

(2.6)

Rovnice (1.4) popisuje reverzní větev reverzně předpjatého přechodu (obr. 22.1).

Při U arr větším než 3j t se difúzní proud procházející spojem zastaví. V tomto případě proud minoritní nosné nadále protéká spojem.

Poměr dopředného a zpětného proudu se nazývá opravný poměr.

K rec \u003d I pr / I arr \u003d exp U / j t, (2.7)

Je zřejmé, že K rec má velmi velkou hodnotu a charakterizuje usměrňovací vlastnosti pn spojení

Reverzní proud se obecně nazývá termogenerační proud a má velkou hodnotu; zatímco tepelný proud při pokojové teplotě se vůbec nebere v úvahu (v křižovatce Si p-n), protože je o 2-3 řády menší než zpětný proud. Tepelný proud germaniových spojů je o 6 řádů vyšší než u křemíkových; proto tento proud nelze v germaniových strukturách zanedbávat.

Ve skutečném spojení je pozorována významná závislost proudu menšinové nosné na aplikovaném napětí. Působením zpětného napětí, když se zakázané pásmo rozšíří, je přechodová oblast v nosných značně vyčerpána, zatímco proces rekombinace se zpomalí a proces generování se ukáže jako nevyvážený. Přebytek generovaných nosičů je zachycen elektrickým polem a přenesen do neutrálních vrstev (elektrony do oblasti n a otvory - do oblasti p). Tyto proudy tvoří termogenerační proud. Tento proud je slabě závislý na teplotě a vysoce závisí na velikosti aplikovaného zpětného napětí; je třeba si připomenout zjednodušený vzorec pro závislost rychlosti pohybu elektronu v zrychlujícím se elektrickém poli na aplikovaném napětí

(2.8)

Se zvýšením aplikovaného napětí se zvyšuje rychlost elektronů, zvyšuje se počet jeho srážek s atomy v místech mřížky (nárazová ionizace), což vede k vzniku nových nosičů náboje. Zvýšení počtu nábojů vede ke zvýšení proudu menšinových nosičů, zvyšuje se teplota přechodu a to zase vede k narušení kovalentních vazeb a růstu nosičů. Proces může nabývat lavinové povahy a vést k rozpadu p-n-křižovatky (obr. 1.1). Rozlišují se následující typy rozdělení:

tunel (se silou přechodového pole nad 106 V / cm, až do bodu „a“);

elektrický (způsobený nárazovou ionizací, za bodem „a“), se tomuto typu poruchy někdy říká lavina, zatímco reverzibilní procesy probíhají ve spojení a po odstranění zpětného napětí obnoví jeho pracovní vlastnosti. Při elektrickém přerušení zvýšení proudu téměř nezpůsobí změnu napětí, což umožnilo použít tuto charakteristickou vlastnost ke stabilizaci napětí;

tepelný vzniká v důsledku silného zahřátí přechodu (za bodem „b“); procesy, které probíhají ve spojení, jsou nevratné a pracovní vlastnosti spojení se po odstranění napětí neobnoví (proto je v referenční literatuře přísně omezeno reverzní napětí na spojích diod a tranzistorů).

Postava: 2.1. I - V charakteristika skutečného spojení elektron-díra p-n

Při analýze přední a zpětné větve charakteristiky proudového napětí dospějeme k závěru, že pn-křižovatka vede proud dobře ve stavu s předpětím a velmi špatně ve stavu s předpětím, proto má pn-křižovatka vlastnosti brány a lze ji použít k převodu střídavého napětí na konstantní napětí, například v usměrňovací zařízení v napájecích zdrojích.