1 Полупроводниковый диод
В p-n-переходе носители заряда образуются при введении в кристалл акцепторной или донорной примеси. Здесь не нужно использовать источник энергии для получения свободных носителей заряда. Полупроводниковые диоды изготовляют из германия, кремния, селена.
Рассмотрим, как создается p-n-переход при использовании в диоде германия, обладающего проводимостью n- типа за счет небольшой добавки донорной примеси. Толщина p-n-перехода должна быть не больше межатомных расстояний. Поэтому в одну из поверхностей образца вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия вглубь монокристалла германия у поверхности германия образуется область с проводимостью p- типа. Остальная часть образца германия, в которой атомы индия не проникли, по-прежнему имеет проводимость n- типа. Между двумя областями с проводимостями разных типов и возникает p-n-переход.
В полупроводниковом диоде германий служит катодом, а индий – анодом. Кристалл германия помещают в герметический металлический корпус.
2 Транзистор
Транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий два p-n-перехода и три электрода. Средний полупроводниковый слой называется базой, два крайних – эмиттером (со стрелкой) и коллектором. Нужно помнить, что стрелка всегда направлена из р-области в n-область. Различают два типа транзисторов: р-n-р-типа и n-р-n-типа. Эмиттерный переход всегда включен прямо, а коллекторный — обратно.
В связи с тем, что эмиттерный переход включается прямо, он имеет малое сопротивление. Коллекторный переход включается обратно и имеет очень большое сопротивление. К эмиттеру прикладывается небольшое напряжение, а к коллектору очень большое (десятки вольт). Изменяя в небольших пределах ток эмиттерного перехода, можно управлять большими изменениями тока в цепи коллектора, т. е. нагрузки. Таким образом, транзистор усиливает мощность.
В кристалле образуется два p-n-перехода, прямые направления, которых противоположны. При данном включении левый p-n-переход является прямым. Если бы не было правого перехода, в цепи эмиттер – база существовал бы ток, зависящий от напряжения источников и сопротивления цепи, включая малое сопротивление прямого перехода эмиттер – база.
В цепи коллектора батарея включена так, что правый переход – обратный. Если бы не было левого перехода, сила тока в цепи коллектора была бы примерно равна 0, т.к. сопротивление обратного перехода велико. На самом же деле в цепи коллектора сила тока лишь немного меньше силы тока в эмиттере.
Дело здесь в следующем. Из эмиттера дырки проникают в базу, где они являются неосновными носителями заряда. Затем за счет диффузии они проникают в коллектор. Правый p-n-переход закрыт для основных зарядов базы – электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала.
Ik ≈ IЭ, ток коллектора изменяется вместе с током эмиттера.
Сопротивление резистора мало влияет на ток в коллекторе. Управляя током эмиттера с помощью источника переменного напряжения, включенного в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе.
При большом значении сопротивления резистора изменение напряжения на нем может быть больше в 10000 раз напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Поэтому на резисторе можно получить электрические сигналы, мощность которых больше мощности, поступающей в цепь эмиттера.
3 Термисторы и фоторезисторы
Термисторы – приборы, в которых используется зависимость сопротивления полупроводников от температуры.
Диапазон измеряемых температур – от 170 К до 370 К. Но существуют для измерения очень высоких (1300 К), и очень низких (4 – 80 К).
Фоторезисторы – приборы, в которых используется зависимость сопротивления от освещенности.
Электрическая проводимость увеличивается за счет того, что под действием света идет разрыв связей и увеличивается число свободных электронов и дырок. Это явление называют фотоэффектом.
Фоторезисторы регистрируют и измеряют слабые световые потоки.