Для школьников.
Продолжаем рассматривать полупроводники (см. Занятие 62).
Полупроводниками называются вещества, в которых при обычных условиях нет свободных электронов, поэтому они не могут пропускать электрический ток, то есть являются диэлектриками.
Проводимость полупроводников можно повысить или их нагреванием, или введением в них примесей.
При введении примесей получают полупроводники с электронной проводимостью (п- типа) или с дырочной проводимостью (р - типа).
В месте контакта двух полупроводников разных типов проводимости получается переходный (запирающий) слой, который препятствует перемещению электронов и дырок из одной области в другую.
Сопротивление запирающего слоя (р-п перехода) и определяет выпрямляющие действия полупроводникового диода.
А именно, если подключить полюса источника постоянного тока "плюсом" к полупроводнику п-типа, а "минусом" - к полупроводнику р -типа, то "запирающий" слой расширяется и сопротивление места контакта полупроводников возрастает, то есть р-п переход в этом случае не пропускает ток. Если полярность источника тока поменять, то через переходный слой пройдёт большой ток.
Этим и объясняется применение полупроводникового диода в качестве выпрямителя переменного тока.
Теперь рассмотрим принцип работы полупроводниковых триодов на примере кристалла германия, содержащего три области проводимостью р-п-р типа.
Чтобы лучше разобраться с происходящими в полупроводниковом триоде физическими процессами, посмотрим сначала в отдельности, что произойдёт при подключении постоянного напряжения эмиттера (рис.а): при подключении постоянного напряжения коллектора (рис. б); при подключении обоих источников постоянного напряжения одновременно (рис. в).
При подключении источника постоянного напряжения между эмиттером и базой положительным полюсом к эмиттеру, большая часть основных носителей положительного заряда (дырок) преодолеет переход 1 и перейдёт в базу (очень узкую область, где основными носителями заряда являются электроны).
Медленно перемещаясь в базе, дырки частично будут рекомбинировать с электронами базы, превращаясь в нейтральные атомы германия.
В цепи эмиттера установится постоянный ток.
Чем большее напряжение подаётся между эмиттером и базой, тем больше перебросится положительных зарядов в область базы, тем больше будет ток эмиттера.
Если сравнить триод с электронной лампой, то здесь эмиттер играет роль катода, излучая заряды в базу.
Теперь представим, что другой источник постоянного тока (в отсутствие первого) подсоединён положительным полюсом к базе, а отрицательным - к коллектору (рис.б).
Тогда подсоединённое электрическое поле будет препятствовать прохождению электронов из базы в коллектор и движению положительных зарядов (дырок) из коллектора в базу. Поэтому ток в цепи коллектора равен нулю (если бы эмиттер не поставлял положительные заряды в базу, тока в цепи коллектора не было бы).
Теперь к триоду подсоединены оба источника постоянного тока (рис. в).
В этом случае перебрасываемые из эмиттера в базу положительные заряды подхватываются полем коллектора и переносятся через второй переход на коллектор. В цепи коллектора появляется постоянный ток, величина этого тока зависит не только от напряжения между базой и коллектором, но ещё зависит от тока эмиттера.
Вся необходимая энергия берётся от источников тока.
Чем больше ток эмиттера (чем больше зарядов перебрасывается в область базы), тем больше их попадает в электрическое поле коллектора.
В базе есть движение и основных носителей заряда базы (электронов) в сторону эмиттера, и к базе подведён положительный полюс источника базы, но их совместное действие почти не влияет на движение дырок в базе.
Поэтому считают, что ток коллектора практически равен току эмиттера.
Всё сказанное выше для некоторого полупроводникового триода иллюстрируется входными и выходными характеристиками.
На следующем рисунке показаны входные характеристики некоторого полупроводникового триода
Они представляют собой графики зависимости тока в цепи эмиттера от величины приложенного напряжения между эмиттером и базой при неизменном напряжении на коллекторе. Увеличение напряжения на коллекторе приводит к некоторому увеличению тока эмиттера.
По входным характеристикам определяют входное сопротивление полупроводникового триода, по отношению величины изменения напряжения на изменение тока при этом изменении напряжения.
На следующем рисунке показано семейство выходных характеристик для этого полупроводникового триода:
Они представляют собой графики зависимости тока коллектора от напряжения на нём при постоянной величине тока эмиттера.
Графики показывают, что при малых напряжениях на коллекторе, его ток увеличивается пропорционально напряжению, но начиная с некоторого напряжения ток коллектора перестаёт расти.
Это значит, что все испускаемые эмиттером заряды увлекаются полем коллектора. В это режиме ток коллектора можно увеличить только за счёт увеличения тока эмиттера.
Выходные характеристики полупроводниковых триодов позволяют определить необходимые величины тока эмиттера для получения требующейся величины тока коллектора.
В следующей статье будет рассмотрена тема: "Усилительные свойства полупроводниковых триодов".
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Занятие 62. Электрический ток в полупроводниках.
Следующая запись: Усилительные свойства полупроводниковых триодов.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
