Полупроводниковый диод. Транзистор

Полупроводниковый диод. Транзистор

Свойство p-n- перехода используют для создания полупроводниковых диодов, которые применяют для выпрямления переменного тока. Диод - полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только одного направления и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь. Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с p-n- переходом.  Рассмотрим работу диода, состоящего из германия.

Кристалл германия обладает проводимостью n–типа за счёт небольшой добавки донорной примеси. Для создания в нём p-n-переходов в одну из его поверхностей вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия вглубь монокристалла германия у поверхности германия образуется область р-типа. Остальная часть германия по-прежнему остаётся n- типа. Между этими двумя областями возникает р-n-переход. Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметический корпус. 
Достоинствами полупроводниковых диодов являются их прочность, малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность; недостатком - зависимость их параметров от температуры: они могут работать в ограниченном интервале температур (от – 70ºС до + 125ºС). 
Свойства p-n-перехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний, называемого транзистором. Транзисторы стали применять в науке в начале 50-х годов ХХ века. Они в отличие от диодов содержат в себе два р-n- перехода. Наиболее массовый транзистор представляет собой пластинку германия, кремния или другого полупроводника, обладающего электронной или дырочной проводимостью, в объеме которой искусственно созданы две области, противоположные по электрической проводимости. Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n- перехода, каждый из которых обладает такими же электрическими свойствами, как и полупроводниковый диод. Независимо от структуры транзистора пластинку полупроводника называют базой Б, область меньшего объема – эмиттером Э, а область большего объема – коллектором К.
Транзисторы, в которых база обладает дырочной проводимостью, называют транзисторами p-n-p перехода. Для приведения в действие транзистора p-n-p- типа на коллектор подают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе при этом может быть, как положительным, так и отрицательным. Т.к. дырок больше, то основной ток через переход будет составлять диффузионный поток дырок из р-области. Если на эмиттер подать небольшое прямое напряжение, то через него потечет дырочный ток, диффундирующих из р-области в n-область (базу). Но т.к. база узкая, то дырки пролетают через нее, ускоряясь полем, в коллектор. Транзистор способен распределять ток, тем самым его усиливая. Отношение изменения тока в цепи коллектора к изменению тока в цепи базы при прочих равных условиях величина постоянная, называемая интегральным коэффициентом передачи базового тока бетта. Следовательно, изменяя ток в цепи базы, возможно получить изменения в токе цепи коллектора.
Условное обозначение транзистора: Б база, К коллектор, Э эмиттер, направление стрелки показывает направление тока. На   рисунках представлены p-n-p- транзисторы.

Устройство биполярного транзистора.
Основные применения: элемент усилителя тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).
Переход эмиттер - база включается в прямом направлении, а база - коллектор - в обратном. Какое подключение называется прямым, а какое обратным?

Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. Так как база очень тонкая, концентрация основных носителей заряда в базе небольшая, следовательно и рекомбинация электронов и дырок также  невелика. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являются неосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. силы тока на коллекторе и эмиттере приблизительно равны.
При изменении силы тока эмиттера с помощью источника переменного напря¬жения одновременно почти во столько же раз изменяется сила тока коллектора.  Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.
Микросхемы и микропроцессоры в современных электронных устройствах не могут обойтись без транзисторов. Транзистор - это основная часть любой микросхемы. В компьютере, без которого мы сейчас не можем себе представить жизнь, микропроцессор также состоит из большого числа транзисторов. Транзисторы широко применяются в современной технике. Они также заменяют электронные лампы в электрических цепях различной аппаратуры как промышленной, так и научной. По сравнению с электронными лампами транзисторы обладают рядом преимуществ:
1.    они не накаливаются,
2.    потребляют значительно меньше энергии,
3.    работают при низком напряжении,
4.    компактны, имеют малые размеры и массу,
5.    не требуют времени для нагревания.
Однако у них есть недостатки – транзисторы чувствительны к повышению температуры и к электрическим перегрузкам.