 |
|
Полевые транзисторы с индуцированным каналом
Транзисторы с индуцированным каналом отличаются тем, что область канала приобретает электропроводность заданного типа лишь при наличии напряжения на затворе: отрицательного в транзисторе с подложкой из кремния n - типа и положительного в транзисторе с подложкой из кремния p - типа.Рассмотрим принцип работы транзистора с индуцированным затвором на примере транзистора с подложкой из кремния p - типа (рис.4.30).
Сток и исток представляют собой в этом случае n - области. Когда на затворе нет напряжения, ток в канале очень мал, так как снова имеем два встречновключённых p - n перехода. При подаче напряжения на затвор транзистора, положительного относительно подложки, в диэлектрике образуется электрическое поле, силовые линии которого направлены так, как показано на рисунке. Это поле начнёт вытеснять дырки из поверхностного слоя (из канала) вглубь проводника. При некотором напряжении на затворе, называемым пороговым напряжением, дырки вытесняются из области канала, а их место занимают электроны, втянутые полем из объёма полупроводника (это явление называется «обогащение носителями»). Канал становится проводящим (n - типа) и соединяет собой области стока и истока, также n - типа. Образуется однородная среда. Если к стоку приложить напряжение, то протекает ток, образованный электронами. При увеличении положительного напряжения, прикладываемого к затвору, канал расширится и ток, протекающий в цепи исток - канал - сток увеличится. В транзисторе с подложкой из кремния n - типа процесс происходит аналогично, только на затвор подают отрицательное напряжение.За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).Устройства, построенные с помощью полевых транзисторов - наручные кварцевые часы и пульт управления от телевизора, так же радио передающие устройства.
МДП транзистор
В основе работы МДП транзистора лежит эффект управления поверхностной проводимостью и поверхностным током с помощью затвора. Для того, чтобы обеспечить прохождение управляемого тока под затвором, создают две электродные области: исток и сток.
Полупроводниковые области истока и стока создают из сильно легированного, обладающего хорошей проводимостью, материала, отличающегося по типу проводимости от материала базового кристалла. Таким образом, при отсутствии разности потенциалов на затворе между истоком и стоком оказываются два встречно включенных диода и, соответственно, ток в этой цепи будет равен обратному току одного из диодов, т.е. весьма мал, и транзистор будет находиться в закрытом состоянии. Для того, чтобы транзистор открылся, на затвор необходимо подать такой потенциал относительно потенциала подзатворной области, чтобы на поверхности произошла инверсия проводимости. При этом под затвором индуцируется область n типа, образующая канал, соединяющий n+ области истока и стока, встречно включенные, pn переходы исчезают и в стоковой цепи начинает протекать ток. Разность потенциалов затвора, при которой происходит инверсия проводимости подзатворной области и начинает протекать ток, называют пороговой (Uп). Стоковый ток тем выше, чем больше индуцированный в канале заряд и, соответственно, больше проводимость индуцированного канала.
При работе транзистора в усилительном режиме полярность напряжения на стоке относительно истока задается такой, чтобы основные носители дрейфовали к стоку.
Полярность напряжений, подаваемых на электроды МДП с индуцированными n и p каналами при их работе в усилительном режиме, противоположна. Для n канального транзистора на затвор подается плюс относительно истока, на p канальный транзистор минус. За сток принимается тот электрод, к которому дрейфуют основные носители, т.е. в p канальном транзисторе сток должен быть отрицательным относительно истока и в n канальном – положительным.
Вольтамперные характеристики МДП транзистора: выходные (слева) и передаточные (справа).
Тиристор
полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (напримертринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).
Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.
Основная четырёхслойная p-n-p-n-структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.
Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором[1] (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.
Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как ихВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника.
· 
Между точками 0 и (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание (нижняя ветвь).
· В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).
· Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).
· Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)
· На графике показаны ВАХ с разными токами управления (токами на управляющем электроде тиристора) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), причём чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vbo происходит переключение тиристора во проводящее состояние
· Пунктиром обозначен т.н. "ток включения спрямления" (IG>>0), при котором тиристор переходит в проводящее состояние при минимальном напряжении анод-катод. Для того, чтобы перевести тиристор обратно в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления.
· Участок между 0 и Vbr описывает режим обратного запирания прибора.
· Участок далее Vbr — режим обратного пробоя.
Динистор
Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если открытие динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение открытия может быть специально снижено, путём подачи импульса тока определённой длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.
16)Фотоэлектронные приборы
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ - электровакуумные или полупроводниковые приборы, преобразующие энергию электромагнитного излучения оптического диапазона в электрическую (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие электронно-лучевые приборы и др.) или преобразующие изображения в невидимых (инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских) лучах в видимые изображения (напр., электронно-оптические преобразователи).
К Ф. п. относятся разл. фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фоторезисторы, фотодиоды, электронно-оптические преобразователи, усилители яркости изображения, а также передающие электронно-лучевые приборы.