Напівпровідникові транзистори і діоди

Напівпровідникові ТРАНЗИСТОРИ І ДІОДИ

Привіт всім Новомосковсктелям "радіосхем", мене звати Діма і сьогодні я розповім простими словами про напівпровідниках і їх властивості, а також про транзисторах і діодах. Отже, приступимо, для початку згадайте, які ви елементи електроніки зустрічали? І їх принцип роботи? Якщо ви почали відразу вивчати діоди і транзистори, то у вас виникне багато питань. Тому краще почати з закону Ома, а потім приступити до більш простим конструкціям. Транзистори і діоди - не дуже прості елементи, що володіють властивістю напівпровідника.

Ви знаєте як працює простий провідник - нічого складного. Електрони з великою швидкістю проходять через атом, стикаючись з ними. При цьому виникає опір, ви вже зустрічали це слово, звичайно зустрічали. Ось найкращий друг опору називається резистор. Резистор - це пасивний елемент, що володіє більшим опором, ніж звичайний провідник. Гаразд, йдемо далі, нам треба дізнатися що ж представляє із себе напівпровідник? У напівпровідника в атомній зв'язку є зайві електрони, їх називають вільними електронами, і є дірки. Дірки - це порожні місця, в яких повинні перебувати електрони. На малюнку 1, зображено внутрішню будову міжатомних зв'язків напівпровідника.

Малюнок 1. Внутрішня будова міжатомних зв'язків напівпровідника.

Тепер розберемося - як напівпровідник пропускає струм. Уявімо, що ми підключили напівпровідник до гальванічного елемента, наприклад до звичайної батареї. Струм починає рухатися від плюса до мінуса. При теплових явищах електрони проходять через напівпровідник починають вихоплювати з міжатомних зв'язків електрони. Відбуваються дірки, а вільні електрони супроводжуються проходять електронами гальванічного елемента. Ті ж електрони, які потраплять на дірку, як би вскочити в неї, відновивши міжатомних зв'язків. Простіше кажучи в напівпровіднику при надходженні на нього струму порушуються міжатомні зв'язку, електрони вилітають і стають вільним, інші заповнюють дірки, зустрівши на їхньому шляху. І цей процес відбувається нескінченно. На малюнку 2 показано рух електронів.

Малюнок 2. Рух і напрямок електронів і дірок.

напівпровідникові діоди

Отже, ми розібралися що з себе представляє напівпровідник і який у нього принцип роботи. Тепер приступимо до діодів, які не найпростішим радіоелектронним елементам. Вище вже говорив про p-n перехід. Тепер детальніше: p - це positive (позитив, позитивний), n - negative (негатив, негативний). Давайте розберемося як рухаються електрони в діоді. Уявімо, якщо ми підключимо гальванічний елемент, наприклад батареї так, щоб була полярність. Ах да - ми ж не розібралися в полярності. Ми вже знаємо структуру діода: p-n перехід, p - позитивний є анодом, n - негативний є катодом. На корпусі діода є тоненька біла смужка - вона найчастіше є катодом, її приєднують до мінуса, а інший висновок є анодом, який приєднується до плюса. Тепер розберемося з рух електронів. Ми приєднали полярно висновки діода, тепер виникає струм. Електрони позитивній області починають рухатися до мінуса батареї, а електрони негативній області починають рухатися до плюса, вони зустрічаються один з одним, електрони як би встрибують в дірки, в результаті і ті і інші припинили своє існування. Ця електропровідність називається електронно-доречний електропровідністю, електрони рухаються з невеликим опором, показано на малюнку 3 (А). Цей струм називається прямим струмом Іпр, а що ж буде якщо поміняти полярність так, щоб анод був з'єднаний з мінусом, а катод з плюсом. Що ж буде відбуватися? Позитивна область, коротше дірки почнуть рухатися до мінуса батареї, а вільні електрони до плюса, в результаті виникне велика область, вона заштрихована на рисунку 3 (Б). Цей струм називається зворотним, що володіє дуже великим опором, що перевищує кілька сотень Ом, кіло і навіть мега.

Отже, розібралися з p-n переходом, давайте тепер поговоримо про призначення діода. Діоди використовуються для детекторних приймачів, щоб з змінного струму створювати пульсуючий постійний. А що таке взагалі змінний струм? Давайте згадувати. Змінний струм - це струм який здатний змінювати свій напрямок на протязі кожного напівперіоду, одиниці часу. Як же діод зможе зробити з змінного струму пульсуючий? А ось як: ви ж пам'ятаєте, що діод пропускає струм тільки в одну сторону.

Малюнок 3. Рух електронів зворотного і прямого струму в діоді.

Коли струм починає рухатися від плюса до мінуса, проходить прямий струм, спокійно без великого опору, але коли струм починає рухатися від мінуса до плюса, то виникає зворотний струм, який діод не пропускає. Ви напевно бачили графік змінної напруги, така хвиляста лінія - сунусоіда. Якщо прикрити нижню лінію, то вийти пульсуючий струм. Значить діод як би відсік нижню частину. Струм буде рухатися тільки в одну сторону - це від плюса до мінуса. Розібралися? Тоді тепер приступимо до транзисторів.

Біополярной і польові транзистори

Отже, ми підійшли до біополярной і польовим транзисторам. Ми вивчимо тільки біополярной транзистори, а польові поки не будемо чіпати - відкладемо для наступного заняття. Біополярной транзистори ще іноді називають простими. Загалом ми вже вивчили напівпровідники і їх властивості, а також діод і p-n перехід. Тепер підійшли до більш складній структурі. Структурі? Думаєте що ж це, ми вже вивчили структуру діода. Нагадаємо, що структура - це кілька напівпровідників володіє або доречнийпровідністю, або електронною провідністю, ось ця структура знайома як p-n перехід. У простого (біполярного) транзистора є дві структури. Це p-n-p структура і n-p-n структура. А ви ж не вивчили висновки. Ну звичайно, в простому транзисторі як і в польовому три висновки. Тільки у звичайного транзистора інші назва висновків і інший принцип роботи. Гаразд, давайте розглянемо p-n-p структуру. Перший висновок це база, що володіє керуючим струмом, другий висновок - емітер, взаємодіє з базою, і третій висновок - колектор, з нього знімається підвищений струм. Тепер визначимо де який висновок і до якої області він ставитися. Перший висновок база, вона належить до електронної галузі, тобто "n", далі емітер - належить до позитивного висновку який зліва від бази, і колектор належить до позитивного висновку, який праворуч від бази.

Отже, розберемося з принципом роботи транзистора. Якщо струм направити на емітер і на базу, то вийти p-n перехід, там відбудеться надлишок електронів, в результаті колектор збере цей сильний потік електронів і струм буде посилений. Я забув сказати - транзистор як і діод може перебувати в двох станах: закритому і відкритому. Все, ми розібралися з транзисторами і діодами, малюнок двох структур p-n-p і n-p-n показаний нижче.

Малюнок 4. Дві структури транзистора: p-n-p і n-p-n.