mozok.click » Фізика » Напівпровідникові прилади та їх застосування
Інформація про новину
  • Переглядів: 528
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:20
12-02-2018, 19:20

Напівпровідникові прилади та їх застосування

Категорія: Фізика

Термо- і фоторезистори. Прилади, дія яких ґрунтується на використанні залежності опору напівпровідника від температури, дістали назву терморезисторів (або термісторів).

Терморезистор включається в електричне коло того чи іншого пристрою. Його опір значно перевищує опір інших елементів кола і, що найголовніше, сильно залежить від температури. Зміна температури терморезистора спричинює зміну сили струму в колі. Це дає можливість застосовувати терморезистори в різних схемах і створювати автоматичні пристрої для дистанційного вимірювання і регулювання температури, пожежної сигналізації, контролю за температурним режимом механізмів тощо.

У фоторезисторах використовується залежність опору напівпровідника від освітлення. Це дає змогу застосовувати їх у різного виду реле (для автоматичного вмикання і вимикання пристроїв, для підрахунку і сортування виробів на конвеєрах тощо).

Стабілітрони. Стабілітрон це теж діод, але призначений він не для випрямляння змінного струму, хоч і може виконувати таку функцію, а для стабілізації, тобто підтримки постійної напруги в колах живлення радіоелектронної апаратури. Знайшли широке застосування кремнієві стабілітрони, які будовою і принципом роботи аналогічні випрямляючим діодам. Але працює стабілітрон не на прямій ділянці вольт-амперної характеристики, як випрямний діод, а на зворотній вітці, де значні зміни зворотного струму через прилад супроводжуються незначними змінами зворотної напруги.

Транзистори та інтегральні мікросхеми. Термін «транзистор» утворений з двох англійських слів: transfer - перетворювач і resistor - опір. У спрощеному вигляді транзистор є пластиною напівпровідника з трьома ділянками з різною електропровідністю. Ці ділянки чергуються, утворюючи два р-л-переходи. Дві крайні ділянки мають електропровідність одного типу, середня - іншого. У кожної області свій контактний вивід. Якщо крайні області з дірковою електропровідністю, а середня з електронною (мал. 81, а), то такий прилад називають транзистором р-л-р-типу. В л-р-л-транзисторах, навпаки, крайні ділянки з електронною електропровідністю, а між ними - область з дірковою електропровідністю (мал. 81,0)'

Транзистор - напівпровідниковий елемент електронних схем з трьома електродами, один з яких слугує для керування струмом між двома іншими.

Виводи транзистора називаються емітер, база і колектор. У транзисторі п-р-п-типу емітер і колектор леговані1 донорами, а база - акцепторами. У транзисторі р-л-р-типу - навпаки.



Дія транзистора ґрунтується на використанні двох р-л-переходів між базою та емітером і базою та колектором. В області р-л-переходів виникають шари просторового заряду, між якими лежить тонка нейтральна база. Якщо між базою й емітером створити напругу в прямому напрямку, то носії заряду інжектуються в базу й дифундують до колектора. Оскільки вони є неосновними носіями в базі, то легко проникають через р-л-перехід між базою й колектором. База виготовляється достатньо тонкою, щоб носії заряду не встигали прорекомбінувати, створивши значний струм бази. Якщо між базою й емітером прикласти запірну напругу, то струм через ділянку колектор-емітер не протікатиме.

1 Легування у напівпровідниковій технології - додавання домішки до напівпровідника з власною провідністю з метою модифікації типу його провідності.

Залежно від того, в яких станах перебувають переходи транзистора, розрізняють режими його роботи. Оскільки в транзисторі є два переходи (емітерний та колекторний) і кожен із них може перебувати у двох станах (відкритому та закритому), розрізняють чотири режими роботи транзистора. Основним є активний режим, за якого емітерний перехід перебуває у

відкритому стані, а колекторний - у закритому. Транзистори, які працюють в активному режимі, використовуються в схемах підсилення. Окрім активного виділяють Інверсний режим, за якого емітерний перехід закритий, а колекторний - відкритий, режим насичення, за якого обидва переходи відкриті, та режим відсічки, за якого переходи закриті.

Транзистор винайшли в 1947 р. Джон Бардін і Волтер Браттейн під керівництвом Шоклііз Bell Labs(Bf7/ Labs-американська корпорація, великий дослідницький центр в галузі телекомунікацій, електронних та комп’ютерних систем, заснована в 1925 р.), за що отримали Нобелівську премію з фізики. Винахід транзистора став ключовим у розвитку обчислювальної техніки (зокрема комп’ютерів). Завдяки напівпровідниковим діодам та транзисторам вдалося досягти підвищення надійності у роботі обчислювальної техніки і, що найголовніше - зменшення габаритів і маси приладів.

Поява інтегральних схем у 70-ті рр. XX ст. ознаменувала ще один великий етап в розвитку обчислювальної техніки, оскільки інтегральна схема здатна замінити тисячі транзисторів (мал. 82).


Інтегральна мікросхема - мініатюрний мікроелектронний виріб, елементи якого нерозривно пов’язані конструктивно, технологічно та електрично. Виконує певні функції перетворення і має високу щільність пакування електрично з’єднаних між собою елементів і компонентів, які є одним цілим з точки зору вимог до випробувань та експлуатації.

Розрізняють напівпровідникові, плівкові гібридні інтегральні схеми, які за видом оброблюваної інформації поділяються на цифрові та аналогові, за складністю і якістю оцінки - на малі, середні, великі та надвеликі.


Надвелика інтегральна схема (НВІС) - інтегральна мікросхема зі ступенем інтеграції понад 1000 елементів в кристалі. Одна така інтегральна схема містить в собі десятки тисяч транзисторів, і всі вони розміщуються на кристалі кремнію, меншому за людський ніготь.

Світлодіоди. Світлодіод (англ. LED - light-emitting diode) - напівпровідниковий пристрій, що випромінює світло, коли через нього проходить електричний струм. Як і в звичайному напівпровідниковому діоді, в світлодіоді є р-л-перехід. В разі пропускання електричного струму у прямому напрямку носії заряду - електрони і дірки - рекомбінують з випромінюванням світлових частинок - фотонів. Колір випромінюваного світла світлодіодів залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника.

Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випромінюють світло під час рекомбінації. Добрими випромінювачами є, як правило, напівпровідники типу AniBv (наприклад GaAs або ІпР) і АпВи (наприклад ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди, що випромінюють на різних довжинах хвиль - від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS). Ефективність світлодіодів є найбільшою там, де потрібно генерувати потужні кольорові світлові потоки (світлові сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектра (червону, синю, зелену), при цьому 90% енергії світлового потоку втрачається під час проходження світла крізь світлофільтр. Усі ж 100% випромінювання світлодіода є забарвленим світлом, і у застосуванні світлофільтра немає потреби. Більше того, близько 80-90% споживаної потужності лампи розжарювання витрачається на її нагрівання задля досягнення потрібної колірної температури, на яку вони спроектовані. Світлодіодні лампи споживають від 3 до 60% потужності, необхідної для звичайних ламп розжарювання аналогічної яскравості. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектра рівномірно у всіх напрямках, сучасні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямку. Існують методи розширення смуги випромінювання і створення світлодіодів, що випромінюють біле світло.

Світлодіоди застосовують у індикаційній техніці, у інформаційних табло, світлофорах, ліхтариках, гірляндах тощо (мал.83).

Світлодіоди були удосконалені до лазерних діодів, які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати сконцентрований пучок світла.






^