Для чего служат полупроводниковые приборы

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Полезное

Смотреть что такое «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ» в других словарях:

Электронные приборы — приборы для преобразования электромагнитной энергии одного вида в электромагнитную энергию другого вида, осуществляемого посредством взаимодействия электронов (движущихся в вакууме, газе или полупроводнике) с электромагнитными полями. К Э … Большая советская энциклопедия

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ — электровакуумные и полупроводниковые приборы, предназначенные для генерирования, усиления, преобразования, модуляции и демодуляции электромагнитных колебаний. Их принцип действия основан на преобразовании кинетической и потенциальной энергий… … Большая политехническая энциклопедия

Электронные приборы — электровакуумные и полупроводниковые приборы, предназначенные для генерирования, усиления, преобразования, модуляции электромагнитных колебаний. Применяются в радиотехнике, автоматике, вычислительной и военной технике, медицине и др … Словарь военных терминов

ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ — техника передачи информации из одного места в другое в виде электрических сигналов, посылаемых по проводам, кабелю, оптоволоконным линиям или вообще без направляющих линий. Направленная передача по проводам обычно осуществляется из одной… … Энциклопедия Кольера

ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ — графические изображения и элементы многочисленных и разнообразных приборов и устройств электроники, автоматики, радио и вычислительной техники. Проектирование и разработка базовых электронных схем и создаваемых из них более сложных систем как раз … Энциклопедия Кольера

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т. д.) электрических колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор) … Большой Энциклопедический словарь

Полупроводниковые приборы — ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, электронные приборы, действие которых основано на электрических процессах в полупроводниках. К полупроводниковым приборам, предназначенным для генерирования, усиления и преобразования электрических колебаний, относятся… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие к рых осн. на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т. д.) электрич. колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор),… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Полупроводниковые приборы — Электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике (См. Электроника) П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике (См. Энергетика) для непосредственного… … Большая советская энциклопедия

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие к рых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т.д.) электрич. колебаний (полупроводн. диод, транзистор, тиристор),… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.

Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение.

Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.

Классификация полупроводниковых приборов

На основе беспереходных полупроводников изготавливаются полупроводниковые резисторы :

Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор.

Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области – анод, от n-области – катод.

Т.е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду.

Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U). Односторонняя проводимость диода видна из его ВАХ (рис. 1).

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика диода

В зависимости от назначения полупроводниковые диоды подразделяют на выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны и стабисторы, туннельные и обращенные диоды, светодиоды и фотодиоды.

Односторонняя проводимость определяет выпрямительные свойства диода. При прямом включении («+» на анод и «-» на катод) диод открыт и через него протекает достаточно большой прямой ток. В обратном включении («-» на анод и «+» на катод) диод заперт, но протекает малый обратный ток.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц) в постоянны, т.е. для выпрямления. Их основными параметрами являются максимально допустимый прямой ток Iпр mах и максимально допустимое обратное напряжение Uo6p max. Данные параметры называют предельными – их превышение может частично или полностью вывести прибор из строя.

С целью увеличения этих параметров изготавливают диодные столбы, сборки, матрицы, представляющие собой последовательно-параллальное, мостовое или другие соединения p-n-переходов.

Универсальные диоды служат для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен мегагерц). Параметры этих диодов те же, что и у выпрямительных, только вводятся еще дополнительные: максимальная рабочая частота (мГц) и емкость диода (пФ).

Фотодиоды – обратный ток зависит от освещенности p-n-перехода.

Диоды Шоттки – основаны на переходе металл-полупроводник, за счет чего обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды.

Рисунок 2 – Условно-графическое обозначение диоды

Подробнее о диодах смотрите здесь:

С распространением цифровой электроники и импульсных схем основным свойством транзистора является его способность находиться в открытом и закрытом состояниях под действием управляющего сигнала.

Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

— по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные.

— по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой.

— по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и сверхвысокочастотные.

— по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные.

— по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др.

— по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах:

Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

В биполярных транзисторах ток обусловлен движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок, что и определяет их название.

На схемах транзисторы допускается изображать, как в окружности, так и без неё (рис. 3). Стрелка указывает направление протекания тока в транзисторе.

Коллектор (К) – слой, принимающий носители заряда, поступающие от эмиттера;

Рисунок 4 – Схемы включения биполярного транзистора с общим эмиттером

К числу предельно допустимых параметров транзисторов в первую очередь относятся: максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.mах, напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ.mах, ток коллектора Iк.mах.

Для повышения предельных параметров выпускаются транзисторные сборки, которые могут насчитывать до нескольких сотен параллельно соединенных транзисторов, заключенных в один корпус.

В полевых транзисторах ток определяется движением носителей только одного знака (электронами или дырками). В отличии от биполярных, ток транзистора управляется электрическим полем, которое изменяет сечение проводящего канала.

Так как нет протекания тока во входной цепи, то и потребляемая мощность из этой цепи практически равна нулю, что несомненно является достоинством полевого транзистора.

Конструктивно транзистор состоит из проводящего канала n- или p-типа, на концах которого находятся области: исток, испускающий носители заряда и сток, принимающий носители. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Различают полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода и с изолированным затвором.

МДП-транзистор со встроенным каналом имеет начальную проводимость, которая при отсутствии входного сигнала (Uзи = 0) составляет примерно половине от максимальной. В МДП-транзисторы с индуцированным каналом при напряжении Uзи=0 выходной ток отсутствует, Iс =0, так как проводящего канала изначально нет.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом называют также MOSFET транзисторы. Используются в основном в качестве ключевых элементов, например в импульсных источниках питания.

Ключевые элементы на МДП-транзисторах имеют ряд преимуществ: цепь сигнала гальванически не связана с источником управляющего воздействия, цепь управления не потребляет тока, обладают двухсторонней проводимостью. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, не боятся перегрева.

Подробнее о транзисторах смотрите здесь:

Кроме анода и катода, в конструкции тиристора предусмотрен третий вывод (электрод), который называется управляющим.

Тиристор предназначен для бесконтактной коммутации (включения и выключения) электрических цепей. Характеризуются высоким быстродействием и способностью коммутировать токи весьма значительной величины (до 1000 А). Постепенно вытесняются коммутационными транзисторами.

Для перевода тиристора в закрытое состояние необходимо подать напряжение обратное (- на анод, + на катод) или уменьшить прямой ток ниже значения, называемого током удержания Iудер.

Запираемый тиристор – может быть переведен в закрытое состояние подачей управляющего импульса обратной полярности.

Тиристоры применяются в качестве бесконтактных переключателей и управляемых выпрямителей в устройствах автоматики и преобразователях электрического тока. В цепях переменного и импульсных токов можно изменять время открытого состояния тиристора, а значит и время протекания тока через нагрузку. Это позволяет регулировать мощность, выделяемую в нагрузке.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Полупроводниковые приборы, виды, принцип работы

За последние 70 лет полупроводники стали ключевым элементом в производстве электроники. С момента изобретения транзистора мир электроники всегда находился на экспоненциальной кривой с точки зрения исследований, разработок, производства, создания новых устройств и технологий.

Полезные статьи:

Что такое полупроводник?

Теперь давайте поговорим о важной категории материалов для нашего обсуждения, то есть о полупроводниках. При комнатной температуре полупроводники представляют собой материалы с более низкой электропроводностью, чем проводники, но с более высокой электропроводностью, чем изоляторы.

Полупроводниковые материалы

Полупроводники представляют собой широкий класс материалов, в которых концентрация подвижных носителей заряда ниже концентрации атомов, но может меняться под действием температуры, освещения, небольшого количества примесей.

Традиционно элементы группы IV, такие как кремний (Si) и германий (Ge), считаются элементарными полупроводниковыми материалами, то есть полупроводниками, состоящими только из одного атома.

Что такое полупроводниковые приборы?

Проще говоря, полупроводниковые устройства представляют собой тип электронных компонентов, которые спроектированы, разработаны и изготовлены на основе таких полупроводниковых материалов, как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs).

С момента их использования в конце 1940-х (или начале 1950-х) полупроводники стали основным материалом при производстве электроники и ее вариантов, таких как оптоэлектроника и термоэлектроника.

До использования полупроводниковых материалов в электронных устройствах вакуумные лампы использовались в конструкции электронных компонентов. Основное различие между электронными лампами и полупроводниковыми устройствами заключается в том, что в электронных лампах проводимость электронов происходит в газообразном состоянии, тогда как в случае полупроводниковых устройств это происходит в «твердом состоянии». Полупроводниковые устройства можно найти как в виде дискретных компонентов, так и в виде интегральных схем.

Почему полупроводники?

Как упоминалось ранее, электропроводность полупроводниковых материалов находится между проводниками и изоляторами. Даже эта проводимость может контролироваться внешними или внутренними факторами, такими как электрическое поле, магнитное поле, свет, температура и механические искажения.

Пока что игнорируя внешние факторы, такие как температура и свет, процесс, называемый легированием, обычно выполняется с полупроводниковыми материалами, когда в его структуру вводятся примеси, чтобы изменить структурные, а также электрические свойства.

Чистый полупроводник известен как внутренний полупроводник, в то время как нечистый или легированный полупроводник известен как внешний полупроводник.

Собственная проводимость полупроводников

Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение освободившихся электронов и «дырок» происходит беспорядочно и поэтому не создает электрический ток.

Различные типы полупроводниковых приборов

Ниже приводится небольшой список некоторых из наиболее часто используемых полупроводниковых устройств. В зависимости от физической структуры устройства следующий список подразделяется на устройства с двумя терминалами и устройства с тремя терминалами.

Двухконтактные полупроводниковые приборы

Трехконтактные полупроводниковые приборы

Есть также несколько полупроводников с четырьмя выводами, таких как оптопара (оптопара) и датчик Холла.

Применение полупроводниковых приборов

Как упоминалось ранее, полупроводниковые приборы являются основой почти всех электронных устройств. Некоторые из применений полупроводниковых устройств:

Источник

Тема 2.1. Полупроводниковые приборы

Полупроводниковыми приборами называют электропреобразова-тельные приборы, принцип действия которых основан на явлениях, происходящих в самом полупроводнике или на границе контакта двух полупроводников с различными типами проводимости.

К полупроводниковым приборам можно отнести:

— стабилитроны или опорные диоды

— биполярные и полевые транзисторы и др.

Для изготовления реальных полупроводниковых приборов, как правило, используют германий, кремний и арсенид галлия.

Действие полупроводниковых приборов основано на электронных процессах, протекающих в кристаллах полупроводников. Основным полупроводниковым материалом в настоящее время является кристаллический кремний.

Кристаллы кремния в обычных условиях являются диэлектриками. Однако, если в них ввести небольшое количество пятивалентных элементов (сурьма, мышьяк), в их кристаллической решетке образуются свободные электроны и кристаллы становятся проводниками. Такая проводимость кристаллов называется электронной, или отрицательной, или негативной (negative), или проводимостью n-типа.

Введение в кристалл кремния трехвалентных примесей (индий, бор) приводит к тому, что в кристалле возникает дефицит электронов — так называемые дырки, которые также могут переносить электрические заряды. Такая проводимость называется дырочной, или положительной (positive), или проводимостью р-типа.

Полупроводниковые приборы подразделяются по своей структуре на дискретные и интегральные. К дискретным полупроводниковым приборам относятся диоды, транзисторы, фотоэлементы, а также полупроводниковые приборы, управляемые внешними факторами, — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, терморезисторы, варисторы, варикапы, которые используются в качестве датчиков физических параметров. К интегральным приборам относятся интегральные микросхемы и микропроцессоры.

Диоды. Различают выпрямительные и излучающие диоды, фотодиоды.

Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из двух слоев полупроводникового материала с электропроводностью типа n и p. Граница между этими слоями обладает способностью пропускать электрический ток только в одном направлении. Такие диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Излучающие диоды представляют собой диоды, способные излучать свет определенного спектрального состава при прохождении через них тока. Излучающие диоды применяют в качестве индикаторов режимов работы аппаратуры, часов, микрокалькуляторов.

Фотодиоды обладают свойством пропускать или не пропускать электрический ток в зависимости от уровня освещения. Используются для автоматического отключения уличного освещения, для подсчета деталей на конвейере, а также в турникетах.

Транзисторы — это полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Транзисторы в отличие от диодов состоят из трех кристаллов типа р-n-р или n-р-n и имеют три вывода.

Источник

Полупроводниковые приборы и их применение

Открытия фундаментальных физических законов электромагнетизма в ХIХ веке дали толчок к развитию физической электроники — области физики, в которой исследователи разных стран детально изучили электронные процессы, связанные с перемещением заряженных частиц (электронов и ионов) во всех доступных средах: в различных газах, вакууме, твёрдых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках) и в жидкостях.

Техническая электроника — область инженерных знаний, базируясь на полученных фундаментальных знаниях, стала заниматься проектированием (изобретением) и производством электронных приборов и устройств для различных областей человеческой деятельности. Основой современного приборостроения являются полупроводниковые приборы, работа которых основана на удивительных по своему разнообразию свойствах полупроводниковых материалов.

Что такое полупроводник?

Твердые кристаллические тела по способности проводить электрический ток делятся на три вида: металлы, диэлектрики и полупроводники.

Металлы

Эти материалы обладают самыми высокими проводящими свойствами (низким сопротивлением), так как внутри кристаллической решетки всегда присутствует большая концентрация свободных электронов, которые под действием электрического поля мгновенно приходят в движение. Воздействие внешних факторов влияет на проводимость металлов следующим образом:

Примеры металлов, часто используемых в электронике:

Диэлектрики

Рис. Проводники и диэлектрики

Полупроводники

В этих веществах свободные электроны также присутствуют, но в значительно меньшем количестве, чем в металлах, поэтому собственная удельная проводимость σ не очень высокая. Внешние факторы – свет, температура, механическое воздействие, внедрение в чистое вещество специальных примесей (доноров или акцепторов) – резко меняют концентрацию свободных электронов:

Полупроводниковые материалы

Полупроводниковыми свойствами обладают как отдельные представители таблицы Менделеева, так и различные соединения (сплавы) различных веществ:

Что такое полупроводниковые приборы

Полупроводниковыми приборами (ПП) называют широкий спектр твердотельных приборов, действие которых основано на электронных процессах в различных полупроводниках (Si, Ge, GaAs и т.д.). ПП стали интенсивно применяться разработчиками электронных схем с конца 1940-х годов для:

ПП по структурному фактору делятся на два основных вида: дискретные и интегральные. К дискретным относят одноэлементные приборы, предназначенные для выполнения определённой функции в схеме устройства: усиления, выпрямления, стабилизации и т.д. К интегральным ПП относятся интегральные схемы и микропроцессоры, состоящие из большого числа дискретных элементов, расположенных на одной полупроводниковой подложке. Интегральный вариант позволяет электронщикам программировать выполнение различных параметров функционирования ПП, используя одну микросхему.

Различные типы полупроводниковых приборов и их применение

По количеству контактных выводов, которые выходят из корпуса прибора для последующего впаивания в электронную схему, ПП подразделяются на двухконтактные, трёхконтактные, четырёхконтактные и многоконтактные (микросхемы).

Двухконтактные полупроводниковые приборы

На основе полупроводников без p-n переходов изготавливаются резисторы (сопротивления) и солнечные батареи:

Гораздо больше двухконтактных ПП создано на базе физических свойств в p-n переходах:

Рис. Условно-графические обозначения двухконтактных ПП

Трёхконтактные полупроводниковые приборы

Четырёхконтактные полупроводниковые приборы

Рис. Условно-графическое изображение транзисторов

Заключение

До открытия полупроводниковых материалов базовыми элементами электроники были газоразрядные и электронно-вакуумные лампы, главные недостатки которых: большое энергопотребление, значительный вес и габариты, при слабой механической прочности из-за использования стекла.

Внедрение ПП позволило совершить техническую революцию — перейти к массовому производству малогабаритных устройств военного, производственного, бытового, медицинского применения. Создание микрокомпьютерной техники и мобильной телефонной связи было бы невозможно без появления ПП.

Источник