К полупроводниковым приборам можно отнести:
- выпрямительные диоды
- ВЧ- и СВЧ-диоды
- стабилитроны или опорные диоды
- туннельные диоды
- варикапы
- тиристоры
- биполярные и полевые транзисторы и др.
Для изготовления реальных полупроводниковых приборов, как правило, используют германий, кремний и арсенид галлия.
Действие полупроводниковых приборов основано на электронных процессах, протекающих в кристаллах полупроводников. Основным полупроводниковым материалом в настоящее время является кристаллический кремний.
П олупроводниковые приборы подразделяются по своей структуре на дискретные и интегральные. К дискретным полупроводниковым приборам относятся диоды, транзисторы, фотоэлементы, а также полупроводниковые приборы, управляемые внешними факторами, — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, терморезисторы, варисторы, варикапы, которые используются в качестве датчиков физических параметров. К интегральным приборам относятся интегральные микросхемы и микропроцессоры.
Диоды. Различают выпрямительные и излучающие диоды, фотодиоды.
Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из двух слоев полупроводникового материала с электропроводностью типа n и p.
Излучающие диоды представляют собой диоды, способные излучать свет определенного спектрального состава при прохождении через них тока. Излучающие диоды применяют в качестве индикаторов режимов работы аппаратуры, часов, микрокалькуляторов.
Фотодиоды обладают свойством пропускать или не пропускать электрический ток в зависимости от уровня освещения. Используются для автоматического отключения уличного освещения, для подсчета деталей на конвейере, а также в турникетах.
Сейчас в основном применяются полупроводниковые диоды. Рассмотрим подробнее некоторые их разновидности:
Выпрямительный диод – также известен как защитный, кремниевый. Используются для преобразования переменного тока в постоянный.
Диод Зеннера (Стабилитрон). Используют стабилитрон для стабилизации напряжения.
Туннельный диод (диод Лео Эсаки). Используются в генераторах, усилителях.
Светодиод (диод Генри Раунда) – при пропускании через него прямого тока, дает оптическое излучение.
Фотодиод. Под действием света в нем появляется значительный обратный ток, и он может генерировать небольшую электродвижущую силу.
Диод Шоттки – диод с малым падением напряжения при прямом включении. Также известен как сигнальный, германиевый. Открывается быстро, сгорает после пробоя обратным током.
Лавинный диод – его принцип работы основан на лавинном пробое, используется для защиты цепей от перенапряжений.
Транзисторы — это полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.
Транзисторы в отличие от диодов состоят из трех кристаллов типа р-n-р или n-р-n и имеют три вывода.
Основные виды транзисторов:
биполярные,
полевые
и комбинированные.
А также, все транзисторы подразделяются по мощности. Обычно делятся на три группы:
мощные, средней мощности и маломощные.
Часто применение транзисторов состоит в том, чтобы генерировать или изменять электрические колебания. То есть, транзисторы могут выдавать на выходе электрический ток с разной частотой. В зависимости от подобного применения транзисторы делятся на
низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные.
Биполярный транзистор имеет в своем устройстве три главных внутренних элемента. Они называются эмиттер, база и коллектор. Каждый элемент имеет наружный контактный вывод-электрод. Часто средний вывод является базой. Однако, далеко не всегда. Расположение выводов зависит от устройства каждого конкретного транзистора. Назначение биполярного транзистора часто состоит в том, чтобы с помощью слабого сигнала управлять сильным сигналом.
Полевые транзисторы называются полевыми, потому как управление в них происходит посредством электрических полей. Так как в них протекает ток только одной полярности, их еще называют униполярными. Полевые транзисторы также состоят из трех основных элементов. Они называются сток, исток и затвор. Каждый элемент также имеет наружный контактный вывод.
Существует два типа строения полевых транзисторов:
с p-n переходом и с изолированным затвором (МДП-транзистор).
Тиристоры
Тиристором называется электро преобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более p-n переходами, используемый для переключения, в вольтамперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления.
Классификация, обозначения и типовые ВАХ тиристоров приведены в табл. 1.
Простейшим тиристором является динистор — неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1. a). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние p-n переходы называются эмиттерными, а средний p-n переход — коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней «-областью, называется катодом, а с внешней p-областью — анодом.
При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1. а, коллекторный p-n переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1. а).
Рисунок 1.
Рисунок 2
Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1. б). В л-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.
После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.
При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд. Напряжение Uвкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триод-ным, или тринисторным. Схема включения тринистора показана на рис. 2. Возможность снижения напряжения Uвкл при росте тока управления, показывает семейство ВАХ, изображенных в табл. 1.
Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 2), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.
В отличие от рассмотренных несимметричных тиристоров в симметричных обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n переходами.
Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.
Таблица 1
| Наименование | Обозначения | Основные характеристики |
| 1.Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении. 2.Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении 3.Тиристор диодный симметричный 4.Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду по катоду 5.Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду по катоду 6.Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении, с управлением: по аноду 7.По катоду Тиристор триодный симметричный | 
|