И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Переход из открытого состояния в закрытое производится импульсом тока не менее 10 мА длительностью не менее 0,1 мкс. К сожалению, надежность, стабильность и срок службы приборов на аморфных полупроводниках еще недостаточно высоки. Так, например, переключатели выдерживают не более 10ьх переключений. Однако достоинство этих приборов— простота изготовления и устойчивость к ионизирующему излучению. 8.9.
ТЕНЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ Полупроводниковые тензозлектрические приборы (тензоприборы) служат для измерения давлений и деформаций. Теизорезисторы основаны на мензорезистивиом эффекте, который состоит в том, что сопротивление полупроводника зависит от давления на полупроводник. Материалом для тензорезисторов чаще всего служит кремний, но могут быть использованы и другие полупроводники. К основным параметрам тензорезисторов относятся номинальное сопротивление (от десятков ом до десятков килоом), т.е. сопротивление при отсутствии давления, и коэффияиен»з тензочувствительности, равный отношению относительного изменения сопротивлении ЛЯ/К к относительному изменению длины тензорезистора АЦ. Этот коэффициент зависит от вещества полупроводника, типа злектропроводности, удельного сопротивления и направлениядеформации.
У полупроводников и-типа коэффициент тензочувствительности отрицательный, т.е. при воз- растании давления сопротивление уменьшается, а у полупроводников р-типа— положительный. Практически этот коэффициент может доходить до сотен со знаком «плюс» или «минус». Тензорезисторы характеризуются еще предельной допустимой деформацией, которую нельзя превышать во избежание выхода прибора из строя. Помимо кристаллических тензорезисторов — из кристаллического полупроводника о- или р-типа — могут быть поликристаллические тензорезисторы, у которых при деформации сопротивление дополнительно изменяется за счет изменения сопротивления контактов между отдельными кристалликами. Полупроводниковые изеизодиоды работают по принципу изменения вольтамперной характеристики под действием давления.
Это изменение связано с тем, что при деформации изменяется высота потенциального барьера в и — р-переходе. Коэффициент тензочувствитель ности у тензодиодов достигает сотен и даже тысяч. Он может быть еще выше у щуинельных тензодиодов. У теизотранзисторов также под действием давления изменяется вольт-амперная характеристика. В зависимости от того, к какой области транзистора приложено давление, при его возрастании может наблюдаться уменьшение или увеличение тока. В тензо»ьиристорох с увеличением давления на базовый электрод, играющий роль управляющего электрода, возрастает ток змиттера и за счет этого понижается напряжение включения.
8.10. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В э 8.7 уже рассматривались терморезисторы, которые могут быть отнесены к термоэлектрическим приборам. Здесь мы познакомимся с некоторыми другими типами приборов этой группы. Впервые явление возникновения ЭДС под действием теплоты, названное»ьермоэлекеричес»ьвом, наблюдал в 1821 г. немецкий физик Т.
И. Зеебек. Процесс 141 тг )г тг а) Т, т~>уг О т, т т1>тг ° ° о о ~г 'г 142 Рве. 8.24. Схема возникновения герма-ЭДС в полупроводнике получения герма-ЭДС происходит следующим образом, Пусть имеется, например, полупроводник л-типа (рис. 8.24, а), у которого один конец (на рисунке левый) натрет сильнее, нежели другой (правый). Тогда на левом, «горячем» конце концентрация и энергия подвижных носителей заряда (электронов) будет больше, чем на правом, «холодном» конце, и произойдет диффузия электронов от «горячего» конца к «холодному» (слева направо).
В результате на правом конце образуется избыток электронов, т.е. отрицательный заряд, а на левом конце — положительный заряд. Между этими зарядами возникнет электрическое поле, которое будет стремиться двигать электроны в обратном направлении и препятствовать дальнейшему росту заряда. Установится равновесное состояние, характеризующееся некоторой разностью потенциалов, которая и есть термо- ЭДС. Она может составлять до 0,5 мВ на каждый градус разности температур. Аналогичное явление может происходить и в полупроводнике р-типа (рис. 8.24, б), в котором будут диффунднровать дырки и возникнут заряды противоположных знаков по сравнению с полученными в полупроводнике п-типа. Практически для получения термо- ЭДС применяют так называемые термоэлементы, илн термопары (рис.
8.25), в которых нагревается контакт двух полупроводников и- и р-типа. Возникающая термо-ЭДС тем больше, чем выше разность температур между «горячим» контактом термоэлемента и его «холодными» концами. Термоэлементы могут быть также составлены из двух различ- Рнс. 8.25. Принцип устройства полупровод- никового термоэлемента ных металлов или из металла и полупроводника. Однако термозлемент из двух полупроводников дает наибольшую герма-ЭДС. При нагреве до 600 К можно получить герма-ЭДС до 0,3 В. Первоначально термоэлементы использовались главным образом в измерительных приборах и в различных датчиках температуры, а в дальнейшем из них стали строить термоэлектрогенераторы, т. е.
источники постоянного тока, в которых большое число термозлементов соединено последовательно или смешанно (последовательно-параллельно). В создании таких генераторов особенно большую роль сыграли работы советских физиков под руководством академика А. Ф. Иоффе. Во время Великой Отечественной войны партизанские радиостанции питались иногда от термоэлектрогенераторов, надетых на стекло керосиновой лампы. Мощность термозлектрогенераторов может быть от единиц до сотен ватт и даже более, а КПД вЂ” до десятков процентов. В 1834 г.
французский физик Ж. Ш. А. Пельтье открыл эффект, названный его именем и обратный эффекту Зеебека. Эффект Пельтье состоит в том, что при протекании тока через контакт двух разнородных металлов или полупроводников этот контакт нагревается или охлаждается в зависимости от направления тока.
На этом эффекте основан принцип действия термоэлектрических холодильников, применяющихся в науке и технике. Такие холодильники представляют собой батарею последовательно соединенных термозлементов. Они не могут конкурировать с обычными холодильниками большого объема, но зато особенно удобны для устройства приборов малого размера. ГЛАВА ЕВЯТАЯ 143 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Бурное развитие радиоэлектроники, усложнение РЭА, повышение требований к ней привели к необходимости использования очень большого числа элементов для изготовления аппаратуры. В частности, особенно много их требовалось для электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Создание таких машин, да и мйогих других типов РЭА иэ дискретных элементов, т.
е. здементов, представляющих собой самостоятельные изделия (диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и др.), стадо практически невозможным. Представление об этом дает следующий пример. Если надо построить ЭВМ, состоящую из 10' элементов, и каждый дискретный элемент имеет в среднем массу 1 г, объем 1 см', потребляемую мощность 10 мВт, стоимость 50 коп. н интенсивность отказов 10 ' ч ', то вся ЭВМ будет иметь массу 100 т, объем 100 м', потребляемую мощность 1000 хВт, стоимость 50 млн.
руб. и совершенно непригодную интенсивность отказов 10» ч '. Это означает, что примерно каждые три секунды будет выходить из строя один элемент. Совершенно ясно, что на дискретных элементах такую ЭВМ строить нельзя. Подобные ЭВМ и другие сложные типы РЭА создаются в настоящее время на основе микроэлектроники — с применением интегральных микросхем, называемых короче просто интег делаными схемами (ИС) или микросхемами. Переход к микроэлектронике произошел постепенно. Сначала в РЭА на дискретных элементах стали применять вместо старого навесного (объемного) монтажа печатные схемы.
Они представляли собой нанесенные на платы из диэлектрика соединитедьные провода в виде металлических пленок, к которым припаивались дискретные элементы. Объем аппаратуры при этом снижался. МИКРОЭЛЕКТРОНИКА Далее стали конструировать РЭА из модулей и микромодулей — смонтированных в миниатюрных корпусах устройств (усилители, генераторы, различные преобразователи и др.). Микро- модули можно быстро заменять в случае отказа.
Специально для таких микромодулей были разработаны миниатюрные диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки и другие элементы. В некоторых типах микромодулей использовались миниатюрные печатные схемы. Однако и микромодули не дали полного решения проблемы.
Огромный шаг вперед в создании сложнейших типов РЭА позволили сделать интегральные микросхемы. Интегральными они названы потому, что здесь все элементы или часть их и соединения между элементами нера»- делано связаны и схема рассматривается как единое целое. Основные типы микросхем — пленочные, в которых элементы и соединения выполняются в виде различных пленок (проводящие, резистивные и диэлектрические) на подложке нз диэлектрика, и полупроводниковые, элементы которых выполнены внутри и на поверхности полупроводниковой подложки, называемой кристаллом. Применяются еще и так называемые гибридные микросхемы, у которых часть элементов дискретные.
Эти элементы называются компонентами, Главные достоинства ИС вЂ” малые размеры и масса, малая потребляемая мощность, высокая надежность за счет уменьшения числа паяных соединений, высокое, быстродействие, так как при очень коротких соединительных линиях между элементами время пробега сигналов по этим линиям уменьшается, относительно низкая стоимость. В табл.
9.1 дано сравнение типов схем по плотности монтажа, т. е. числу элементов в единице объема, и по надежности. Конечно, приведены лишь средние значения. Человеческий мозг содержит до Таблица 9.д Число эаемеятов в надежность различных схем РЭА 10 нервных клеток (нейронов) в одном кубическом сантиметре. Как видно, микросхемы далеко еще не достигли этого уровня. Следует отметить, что и надежность работы мозга очень велика, так как клетки в нем дублируют (резервируют) друг друга, и если одна клетка выходит из строя, то ее функции берет на себя соседняя клетка. Зато мозг сильно уступает микросхемам в отношении быстродействия. Наряду с большими достоинствами ИС имеют и некоторые недостатки. Прежде всего они являются маломощными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
