Электронными называются такие приборы, действие которых основано на физических процессах, происходящих при движении заряженных частиц в вакууме, газе или твердом теле. Электронные приборы нашли широкое применение в различных областях науки и техники.
По принципу действия и физическим явлениям, происходящим в электронных приборах, их делят на электровакуумные и полупроводниковые. Электровакуумные приборы, в свою очередь, подразделяют на высоковакуумные и ионные (газоразрядные). Принцип действия высоковакуумных приборов основан на перемещении электронов между электродами при давлении газа внутри баллона порядка 10-4…10-5 Па. Действие ионных приборов основано на использовании электронного разряда в газе при давлении газа в баллоне порядка 10-1…103 Па и выше. Действие полупроводниковых приборов связано с использованием перемещения электронов и дырок на границах полупроводников с различными видами проводимостей [1, с. 18].
По сравнению с электровакуумными приборами полупроводниковые имеют ряд преимуществ: значительно больший срок службы; малые габариты и вес; большую механическую прочность; меньшее потребление мощности, а следовательно, больший КПД; возможность работы при значительно меньших напряжениях источников питания [2, с. 46].
Но полупроводниковые приборы в настоящее время обладают рядом недостатков: значительный разброс параметров внутри одного и того же типа приборов; зависимость характеристик и параметров приборов от температуры и уровня радиоактивности; относительно узкий диапазон частот; чрезмерная чувствительность к электрическим нагрузкам [3, с. 94].
Преимущества полупроводниковых приборов позволяют создать высоконадежную, малогабаритную, экономичную радиоаппаратуру. Успешное развитие полупроводниковых приборов, конечно, не может привести к полному вытеснению электровакуумных приборов.
В полупроводниках различают собственную и примесную проводимости. Чистый полупроводник при Т = 0°К ведет себя как идеальный изолятор. Вследствие нагревания такого полупроводника (Т > 0° К) в нем возникает генерация пар носителей заряда электрон – дырка. После приложения к кристаллу полупроводника напряжения в нем возникает электрический ток. Такая электропроводность, обусловленная перемещением электронов и дырок теплового происхождения, называется собственной. Она зависит от температуры и возрастает с ее увеличением [4, с. 78].
Примесная электропроводность образуется в результате введения в полупроводник атомов примесей. В зависимости от того, атомы какого вещества вводятся в кристалл полупроводника, можно получить полупроводник с электронной (типа п) или дырочной (типа р) проводимостью. В полупроводнике с примесной проводимостью всегда существует собственная проводимость. При нормальной комнатной температуре все атомы примесей ионизированы. В полупроводнике типа п преобладают электроны, образованные в основном за счет примесей, и в небольшом количестве – за счет собственной проводимости, а в полупроводнике типа р – дырки, образованные в основном за счет примесей, и в небольшом количестве – за счет собственной проводимости. Названные носители являются основными носителями тока. Кроме того, в полупроводнике типа n имеется небольшое количество дырок собственной проводимости, а в полупроводнике типа р – небольшое количество электронов собственной проводимости. Эти носители являются неосновными носителями тока [5, с. 53].
Электронно-дырочный или p–n–переход образуется между р- и n-областями полупроводника.
- Рис. 1. Электронно-дырочный переход:
Диффузия основных носителей из одной области в другую создает диффузионный ток Iдиф через p – n–переход. В результате этого р-область приобретает отрицательный заряд, а n-область – положительный заряд, обусловленные ионами примесей. В граничном слое образуется электрическое поле (или потенциальный барьер) с напряженностью Езап (рис. 1.1, а). Это поле, называемое запирающим, затрудняет диффузию основных носителей через p – n–переход и вызывает дрейф неосновных носителей, создающих ток проводимости Iпров, встречный по направлению к току Iдиф (см. рис. 1 а). Устанавливается равновесие, при котором сохраняется равенство Iдиф = Iпров, и результирующий ток через p–n–переход отсутствует. Этому соответствует определенная контактная разность потенциалов φк потенциального барьера (см. рис. 1 б).
Если к p–n–переходу приложить внешнее электрическое поле напряженностью Евн путем подключения полупроводника к источнику ЭДС Е (как показано на рис. 2 а), то высота потенциального барьера уменьшится и станет равной φ = φк – Е (см. рис. 2 б), ширина барьера также уменьшится. Дрейфовый ток снизится, а диффузионный возрастет. Через p–n–переход будет протекать большой ток основных носителей, называемый прямым током (Iпр), а включение p–n–перехода называется прямым включением. При обратном включении p–n–перехода (см. рис. 2 в) высота потенциального барьера станет равной φ = φк + Е (см. рис. 2 г), ширина барьера увеличится. Ток проводимости увеличится, а диффузионный ток уменьшится. Через p–n–переход будет протекать малый ток неосновных носителей, называемый обратным током. Так как Iпр >> Iобр, p–n–переход обладает вентильными свойствами.
- Рис. 2. Включение p–n–перехода
Библиографический список
- Интегральные микросхемы в системах управления производственными процессами: моногр. / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А. Еличев.. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 140 с.
- Оптимизация устройства агрегации микрометрических тел с встречновращающимися лентами Мёбиуса: монография / А.В. Яшин, В.С. Парфенов, В.Н. Стригин, И.Н. Сёмов.– Пенза: ПГУАС, 2014 – 164 с.
- Нохрин, А.Н. Электротехника и электроника. Ч 2. Электроника [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Нохрин, А.К. Кудрявцева. – Череповец: Изд-во ГОУ ВПО ЧТУ, 2007.
- Пинт, ЭМ. Резисторный усилитель напряжения: теоретические сведения, расчет и применение [Текст]: моногр. / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
- Пинт, Э.М. Основы теории, расчета линейных электрических цепей и электроснабжения объектов [Текст]: учеб. пособие / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
Количество просмотров публикации: Please wait