УДК 004.021

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Пинт Эдуард Михайлович1, Сёмов Иван Николаевич2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, профессор кафедры «Механизация и автоматизация производства»
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистр

Аннотация
Данная статья посвящена обзору электронных полупроводниковых приборов, используемых в системах управления производственными процессами. Приведены сведения об аналоговых и цифровых электронных устройствах, принцип построения аналоговых и цифровых интегральных микросхем, применяемых в системах управления производственными процессами.

Ключевые слова: электронные прибору


CLASSIFICATION OF SEMICONDUCTOR ELECTRONIC DEVICES

Pint Edyard Michaylovich1, Semov Ivan Nikolaevich2
1Penza state university of architecture and construction, candidate of sciences, professor of the department "Production Mechanization and automatization"
2Penza state university of architecture and construction, Undergraduate

Abstract
This article provides an overview of electronic semiconductor devices used in process control systems. Data on the analog and digital electronic devices, principles of analog and digital integrated circuits used in process control systems.

Keywords: electronic devices


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Классификация полупроводниковых электронных приборов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/49993 (дата обращения: 02.06.2017).

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 pn–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 pn–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 pn–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 pn–переход отсутствует. Этому соответствует определенная контактная разность потенциалов φк потенциального барьера (см. рис. 1 б).

Если к pn–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 pn–переход будет протекать большой ток основных носителей, называемый прямым током (Iпр), а включение pn–перехода называется прямым включением. При обратном включении pn–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 pn–переход будет протекать малый ток неосновных носителей, называемый обратным током. Так как Iпр >> Iобр, pn–переход обладает вентильными свойствами.

Рис. 2. Включение p–n–перехода

Библиографический список
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Пинт, ЭМ. Резисторный усилитель напряжения: теоретические сведения, расчет и применение [Текст]: моногр. / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
  5. Пинт, Э.М. Основы теории, расчета линейных электрических цепей и электроснабжения объектов [Текст]: учеб. пособие / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.


Все статьи автора «Сёмов Иван Николаевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: