А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Сила тока начинает снова возрастать. Вольт-амперная характеристика туннельного диода показана нарис. 127.В интервале напряжений от первогомаксимума кривой до следующего за362 1 3 Э лектронны е свойства твердых тел127Вольт-амперная характеристика туннельногодиода:1 - туннельный ток,2 - отрицательное сопротивление;3 - обычный диодный токи128Выпрямление тока в двухтактном выпрямителе129Н апряжение на нагрузке после выпрямлениятоканим минимума туннельный диод проявляет эффект отрицательного сопротивления, когда увеличение разносi ипотенциалов приводит к уменьшениюсилы тока.Полезность этого эффекта состоитв том, что другие элементы электронной цепи имеют положительное сопротивление.Если использовать туннельный диод в резонансном контуре, то егоотрицательное сопротивление можеткомпенсировать положительное сопротивление остальных элементов контура и процессы происходят так, какбудто бы контур не имеет сопротивления.Благодаря этому он будет осуществлять колебания тока точно на резонансной частоте и используется ввысокочастотных усилителях и генераторах.
Существование области отрицательного сопротивления не связано с тепловым возбуждением носителей, поэтому туннельный диод успешно функционирует и при гелиевыхтемпературах.Выпрямление тока. Схема включения диодов для осуществления двухтактного выпрямителя показана нарис. 128. Емкость С служит для сглаживания пульсаций выпрямленноготока. График напряжения на нагрузке после выпрямления показан нарис. 129.Детектирование.
Высокочастотныйрадиосигнал модулируется по амплитуде для передачи информации. Ч астота модуляции много меньше частоты радиосигнала. П оэтому для дешифровки информации необходимопроизвести детектирование сигналапутем выделения огибающей амплитуды высокочастотного сигнала. Этодостигается с помощ ью диода, вклю ченного по схеме однотактного выпрямителя тока (рис. 130). Величины§ 69 ^-n-П ереходы и транзисторы 3 6 3R, С подбираю тся так, чтобы радиочастота достаточно хорошо выпрямилась, а частота модуляции сохранилась, т.е. временная константа RCконтура должна быть велика по сравнению с периодом радиочастотногосигнала, но м ала по сравнению с периодом модуляции.Детекторы также используются всхемах преобразования частот, частотной модуляции и др.Стабилитрон.
Если напряжение приложено в запорном направлении диода, то через него течет постоянныйток, практически не зависящий от напряжения (рис. 123). Д ля германияплотность этого тока составляет примерно 0,1 м кА /м 2, а для крем ния0,001 м кА /м 2.Если обратное напряжение превосходит некоторое критическое значение,то ток лавинообразно достигает оченьбольших значений.Вольт-амперная характеристика этого явления показана на рис. 131.При этом, по-видимому, осуществляю тся два процесса. При достаточно больш ом электрическом поле электроны и дырки в переходе успеваютускориться до таких энергий, что всостоянии вы звать ионизацию атомов и породить другие пары электронов и дырок. В результате начинаетсялавинный процесс образования носителей, приводящий к росту силы тока.Второй фактор связан с туннельнымэффектом, позволяю щ им микрочастицам преодолевать потенциальныебарьеры, имея недостаточную для этого энергию.
Это чисто квантовый эффект, о котором уже говорилось всвязи с туннельным диодом.Образование лавины происходитпри вполне определенной критической разности потенциалов, характерной для диода и зависящей от ширины р-и-перехода, температуры и т. д.130Включение диода для детектирования сигналаУи131Вольт-амперная характеристика стабилитрона+о-1тU=constг132Включение стабилитрона в сеть для обеспечения на нагрузочном сопротивлении постояннойразности потенциаловКритическая разность потенциаловможет быть порядка 100 В.При критической разности потенциалов ток возрастает очень быстро,но падение потенциала на диоде остается практически постоянным. П оэтому такой режим работы может бытьиспользован для получения постоянного опорного потенциала или дляконтроля потенциала в цепи, в которой он не может превосходить определенного значения.
Н а рис. 132364 13. Э лектронны е свойства твердых тел133Биполярные т ран зи сторы :а - и/7и-транзистор; б -рл/7-транзисторпрпрпр134Обозначение транзисторовйгЛ135Включение транзистора по схеме с общ имэмиттеромпоказано включение стабилитрона вцепь, чтобы обеспечить на нагрузочном сопротивлении R постояннуюразность потенциалов. Н а этой жесхеме дан и симол для обозначениястабилитрона.Светоизлучающий диод. При рекомбинации электронов и дырок приопределенных условиях происходитиспускание квантов излучения. Дляосуществления этого процесса необходимо создать избыток концентрации электронов в зоне проводимостипо сравнению с концентрацией в условиях термодинамического равновесия,т.е.
создать инверсную заселенностьэнергетических уровней в полупроводнике. При этом условии частотапереходов электронов из зоны проводимости в валентную зону большечастоты переходов в обратном направлении и осуществляется испускание квантов излучения.Нетрудно видеть, что инверснаязаселенность уровней возникает вблизи р-и-перехода, включенного в проходном направлении. При соответствующих характеристиках р-и-перехода протекающий сквозь него ток возбуждает испускание света.Биполярный транзистор. Транзистором называется монокристалл полупроводника, в котором соответствующим легированием создан узкийслой с /7-проводимостью, разделяю щий области с и-проводимостями(рис.
133, а), или узкий слой с «-проводимостью , разделяю щ ий области си-проводимостями (рис. 133,6). И наче говоря, транзистор является совокупностью двух достаточно близкорасположенных /)-и-переходов. В случае а транзистор называется и/?и-транзистором, а в случае б-/?и/?-транзистором.Узкий слой в середине называетсябазой, а крайние области - эмиттероми коллектором. Крайние области, хотя и обладаю т одинаковым типомпроводимости, отличаются друг отдруга концентрацией примесных атомов.Коллектор обычно содержит большую концентрацию примесных атомов. Д ля базы существенна ее узость,чтобы большинство носителей, пересекающих один из р-и-переходов, м ог§ 69 ^-n-П ереходы и транзисторы 3 6 5ли до своей аннигиляции успеть пересечь также и второй р-и-переход.
Втипичных условиях это означает, чтоширина базы не должна превышать0 ,1-0,2 мкм.Обозначения транзисторов указаны на рис. 134. Стрелки показываютнаправление тока через эмиттер.Явления, происходящие в прп- и/?и/?-транзисторах, аналогичны, меняется лишь роль электронов и дырок.П оэтому будем рассматривать дляопределенности, например, и/?и-транзистор. Его можно включить в цепьтрем я способами в зависимости оттого, какая часть транзистора соединяется с общей точкой схемы.Включение по схеме с общим эмиттером.
Это включение показано нарис. 135, причем к коллектору прикладывается самый больш ой потенциал. Буквой О обозначена общаяточка контуров; / б, / э и / к-с и л ы токовсоответственно через базу, эмиттер иколлектор. Н а схеме видно, что переход между базой и эмиттером включен в проходном направлении и поэтому уменьшение напряжения в цепибазы сопровождается значительнымростом силы тока через эмигтер / э,который осуществляется движениемэлектронов в базу.
Однако база представляет собой очень узкую область,через которую почти без потерь проходят носители. Это означает, чтоинжектированные с эмиттера в базуэлектроны почти без потерь достигают коллектора при условии, конечно,что последний обладает положительным потенциалом относительно эмиттера. Эти электроны образую т ток вцепи коллектора.Сила ю ка очень мало зависит отнапряжения на коллекторе, а определяеш я почти полностью напряжением на базе,поскольку именно от этого напряжения зависит число электронов в единицу времени, попадающих на коллектор.
Если в цепи коллектора включенрезистор сопротивлением R, то падение напряжения на нем определяетсяв основном напряжением на базе.Закон сохранения заряда в транзисторе записывается в виде/, = / 6 + / к.(69.2)Для того чтобы сила тока на базу / ббыла достаточно малой, необходимосделать толщину базы много меньшей длины, на которой электроны вматериале базы аннигилируют.
Приуказанных выше размерах базы удается добиться очень малых сил токабазы 16/1э х 1/50.Из (69.2) для изменений сил токовполучаетсяМ э = М 6 + А/к.(69.3)Как уже было отмечено, малые изменения напряжения на базу изменяю т существенно силу тока в цепиэм иттера-коллектора. Это означает,чтомалые изменения Д16 силы тока вцепи базы сопровождаются значительными изменениями Д /к силы тока коллектора.Усиление по току характеризуетсякоэффициентомр = Д/к/А/6.(69.4)В обычных условиях для коэффициента усиления (3 удается получить значения около 50 и больше.
При включении транзистора по схеме с общимэмиттером он действует как усилитель тока.Включение по схеме с общей базой.Это включение показано на рис. 136.Видно, что переход б а за-эм и т те рвключен в проходном направлении, аб а з а -к о л л е к т о р -в запорном. Следовательно,в цепи коллектора сила тока не зави-366 13 Э лектронны е свойства твердых телhU365г1к136Включение транзистора по схеме с общей базойИг Ik137Включение транзистора по схеме с общ имколлектором138Схема полевого транзистора (а) и еговключение в схемы (б)сит от напряжения на коллекторе, асопротивление очень велико (несколько миллионов ом).В цепи эмиттера сила тока сущест венно зависит от напряжения на эмиттере, причем сопротивление цепи эмиттера мало.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
