💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Полупроводниковые приборы

Полупроводниковые материалы объединяют обширный класс мате­риалов с удельным сопротивлением 10⁸ - 10^-6 Ом • м. Наибольшее при­менение нашли кремний Si и германий Gе.

В электронной структуре кристалла кремния с примесью фосфора четыре валентных электрона фосфора и валентные электроны четырех соседних атомов кремния образуют четыре связанные пары. Пятый ва­лентный электрон фосфора оказывается избыточным. При незначитель­ных затратах энергии от внешних источников (тепловая энергия при комнатной температуре) избыточный электрон теряет связь с атомом примеси и становится свободным электроном. Атом, фосфора, поте­ряв электрон, становится неподвижным положительным; ионом. Такой полупроводник называется полупроводником с электронной электро­проводностью или полупроводником n -типа, а соответствующая при­месь - донорной. На рис. 10.1 приведено условное изображение идеаль­ного полупроводника n -типа, на котором неподвижный положительный ион обозначен знаком плюс в кружочке, а подвижный свободный электрон - знаком минус.

Если в качестве примеси используется индий, имеющий три валентных электрона, то в электронной структуре кристалла кремния одна валентная связь атома индия с четырьмя соседними атомами кремния недоукомплектована и в кристалле образуется " дырка". Для образо­вания устойчивой электронной структуры кристалла необходим дополнительный электрон. Тепловой энергии при комнатной температуре вполне достаточно для того, чтобы атом индия захватил один электрон из валентной связи между соседними атомами кремния. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион, а дырка перемещается на место расположения захваченного электрона. Далее на место вновь образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи и т. д. С электрофизической точки зрения этот процесс можно представить как хаотическое движение в кристалле свободных дырок с положительным зарядом, равным заря­ду электрона. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводником р-типа, а со­ответствующая примесь — акцепторной. На рис. 10.2 приведено условное изображение идеального полупроводника р -типа.

Хотя в обоих рассмотренных выше процессах участвуют только электроны, введение фиктивных дырок с положительным зарядом удобно с методической точки зрения.

Свободные электроны и дырки возникают не только в полупровод­никах, содержащих примеси, но и в идеальных полупроводниках без примесей, если энергии внешнего источника достаточно для разрыва валентной связи. Разрыв одной валентной связи в электрически нейт­ральном атоме кремния эквивалентен рождению пары " электрон-дырка", изображенной условно на рис. 10.3. Этот процесс называется генерацией или термогенерацией, если источником энергии служит теп­ловая энергия. Одновременно протекает и обратный процесс - рекомбинация, т. е. восстановление валентной связи при встрече электрона и дырки.

Благодаря термогенерации в идеальном полупроводнике как с донорной, так и с акцепторной примесью имеются свободные заряды обоих знаков. Для полупроводников n -типа свободные электроны называются основными, а дырки - неосновными носителями заряда. Для полупроводника р -типа основными носителями заряда служат дырки, а неосновными — электроны. В дальнейшем эти заряды будем называть сокращенно основными и неосновными носителями. Концентрация основных носителей, т. е.их число в 1 см³, обычно значительно пре­вышает концентрацию неосновных носителей.

Если в однородном полупроводниковом стержне создать при по­мощи внешнего источника электрической энергии напряженность электрического поля ξ, то наряду с хаотическим (тепловым) дви­жением электронов и дырок возникнет их упорядоченное движение (дрейф) в противоположных направлениях, т. е. электрический ток, называемый током проводимости:

I = I_n + I_p, (10.1)

где I_n и I_p — электронная и дырочная составляющие тока.

За время свободного пробега среднего расстояния l_ср между атома­ми полупроводника подвижные носители зарядов приобретают кине­тическую энергию

W = e l_cp E. (10.2)

Этой энергии при напряженности электрического поля E > 6 МВ/м достаточно для ударного возбуждения атомов полупроводника, т. е. разрыва в них валентных связей и рождения пары " электрон-дырка". Происходит резкое увеличение числа подвижных носителей заряда и, следовательно, удельной проводимости полупроводника. Описанное явление называется лавинным пробоем. Лавинный пробой обратим. Свойства полупроводника восстанавливаются при уменьшении напря­женности электрического поля. Этим лавинный пробой отличается от теплового пробоя. Последний наступает за лавинным пробоем при дальнейшем увеличении напряженности электрического поля и вызы­вает разрушение полупроводника.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

В полупроводниковых диодах используется свойство р-п перехода, а также других электрических переходов хорошо проводить электри­ческий ток в одном направлении и плохо — в противоположном. Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами диода на­зываются прямым и обратным токами, прямым и обратным напря­жениями.

По способу изготовления различают сплавные диоды, диоды с диф­фузионной базой и точечные диоды. В диодах двух первых типов пере­ход получается методами спавления пластин р- и n -типов или диффу­зии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов. При этом р-п переход создается на значительной площади (до 1000мм²). В точечных диодах площадь перехода меньше 0, 1 мм². Они применяются главным образом в аппаратуре сверхвысоких частот при значении пря­мого тока 10—20 мА.

По функциональному назначению полупроводниковые диоды делятся на выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, светоизлучающие диоды и т. д.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования перемен­ного тока в постоянный и выполняются по сплавной или диффузионной технологии. На рис. 10.11 приведены условное изображение выпрями­тельного диода и его типовая вольт-амперная характеристика. Прямой ток диода направлен от анодного А к катодному Кат. выводу. Нагру­зочную способность выпрямительного диода определяют: допустимый прямой ток I_пр и соответствующее ему прямое напряжение U_пр, допустимое обратное напряжение U_обр и соответствующий ему обратный ток I_обр, допустимая мощность рассеяния Р_рас и допустимая темпе­ратура окружающей среды (до 50°С для германиевых и до 140^оС для кремниевых диодов).

Вследствие большой площади р-п перехода допустимая мощность рассеяния выпрямительных диодов малой мощности с естественным охлаждением (рис. 10.12, а) достигает 1Вт при значениях прямого тока до 1 А. Такие диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении. У выпрямительных диодов большой мощности (рис. 10.12, б) с радиаторами и искусственным охлаждением (воз­душным или водяным) допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при значениях допустимых прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В.

Импульсные диоды предназначены для работы в цепях формирова­ния импульсов напряжения и тока.

Стабилитроны, называемые также опорными диодами, предназначе­ны для стабилизации напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя (лавинного пробоя) р-п пере­хода при определенных значениях обратного напряжения U_обр = U_проб (рис. 10.13, а). На рис. 10.13, б приведена простейшая схема стабили­затора напряжения на приемнике с сопротивлением нагрузки r_н. При изменении напряжения между входными выводами стабилизатора U_вх > U_проб (r_н + r)/r_н напряжение между выходными выводами U_вых» U_проб изменяется незначительно.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодей­ствия двух близко расположенных р-п переходов. Различают плоскост­ные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных бипо­лярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструк­ции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили су­щественного распространения.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслой­ную структуру типа п-р-п (рис. 10.14) и типа р-п-р. На рис. 10.15, а и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движе­нием носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Средний слой биполярного транзистора называется базой Б, один крайний слой — коллектором К, а другой крайний слой — эмитте­ром Э. Каждый слой имеет вывод, при помощи которого транзистор включается в цепь. В зависимости от полярности напряжения между выводами биполярного транзистора он работает в различных режимах.

Различают четыре режима работы биполярного транзистора:

1) активный режим, в котором переход эмиттер-база включен в пря­мом направлении, а переход коллектор-база - в обратном;

2) инверсный режим, в котором переход эмиттер-база включен в обратном направлении, а переход коллектор-база - в прямом;

3) режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении;

4) режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.

В схемах, в которых транзистор применяется для усиления сигналов, основным является его активный режим работы. При подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС Е_Э= -U_ЭБ к базе потенциальный барьер р-n перехода (п-р-п транзистор на рис. 10.14) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны диф­фундируют (инжектируются) из эмиттера в базу, образуя ток I_Э в цепи эмиттера. Если между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС Е_К=U_КБ отрицательным полюсом к базе, то увеличи­вается потенциальный барьер р-п перехода между базой и коллек­тором. Большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем с напряженностью ξ _КБ этого р-п перехода, образуя ток I_К в цепи коллектора. Заметим, что электрическое поле в переходе коллектор—база существует и при разомкнутой ветви с источником ЭДС Е_К (см. рис. 10.4). Поэтому ток коллектора от значения напряжения U_КБ ≥ 0 зависит мало. Не­значительная часть свободных электронов, инжектированных из эмит­тера в базу, образует ток I_Б в цепи базы.

В рассмотренном случае база является общим электродом входной и выходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Для усиления сигнала при­меняются также схемы включения биполярных транзисторов с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Последнюю рассмот­рим более подробно, так как она наиболее распространена (рис. 10.16).

Работу биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, опре­деляют статическими коллекторами I_К(U_КЭ)_IБ = const (рис. 10.17, а) и базовыми I_Б(U_БЭ)_UКЭ = const (рис. 10.17, б) характеристиками. Область рабочих режимов транзистора на его коллекторных характери­стиках ограничена максимально допустимыми значениями тока I_Кmax, напряжения U_Кэmax и мощности рассеяния P_{рас max} ≈ U_КЭI_К, а также нелинейными искажениями при малых значениях тока коллек­тора.

Основное достоинство биполярных транзисторов — высокое быстро­действие при достаточно больших токах коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать биполярным транзисторам при мощ­ности рассеяния до 50 Вт и токах до 10 А. Основной недостаток - от­носительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (1—10 кОм), и плотность раз­мещения при производстве интегральных микросхем.