Электропроводность полупроводников

 

Введение

 

По типу используемых радиоэлементов все электронные устройства делятся на несколько поколений.

1) Радиолампы. Это первый тип приборов, используемых для выпрямления, усиления, преобразования сигналов. Посколь-ку данная учебная дисциплина предназначена для студентов, изучающих вычислительную технику, то этот тип электронных приборов здесь не рассматривается.

2) Полупроводниковые приборы (ПП). В настоящее время именно эти приборы шире всего применяются в электро-нике вообще и в вычислительной технике в частности.

3) Интегральные микросхемы (ИМС). Интегральные ми-кросхемы будут изучаться отдельно. Они бывают нескольких типов, но в настоящее время используется практически только полупроводниковые ИМС.

4) Большие интегральные схемы (БИС) и микропроцессо-ры. Являются просто более сложной разновидностью микро-схем, имеют высокую степень интеграции (большее число элементов в микросхеме).

Как видите, после ламповых приборов, все остальные являются полупроводниковыми и отличаются только конструк-цией: ИМС представляют собой электрическую схему на полу-проводниках, объединённую в единое устройство и размещён-ную в одном корпусе.

Распространение полупроводников обусловлено их до-стоинствами по сравнению с радиолампами:

- малые габариты и вес;

- малая потребляемая мощность;

- низкая стоимость;

- высокая надёжность.

В то же время, наряду с преимуществами, полупроводни-ковые приборы в сравнении с лампами имеют и недостатки. В частности:

- низкая стабильность работы;

- большой разброс параметров;

- зависимость параметров от температуры;

- более высокий уровень шумов.

Основными типами полупроводниковых приборов явля-ются а) полупроводниковые диоды различных типов, б) бипо-лярные и полевые транзисторы, в) тиристоры.

Сейчас трудно найти человека, не представляющего себе, как выглядит диод или транзистор. Но первые такие приборы выглядели вовсе не так миниатюрно, как сейчас (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Один из вариантов первых транзисторов

Интересно, что некоторые учёные считают, что именно изобретение транзистора является самым революционным открытием ХХ века.

 

В то же время, радиолампы отнюдь не сошли окончатель-но со сцены. Да – в компьютерной технике использовать их сей-час бессмысленно, но в звуковой аппаратуре или в военной технике они широко используются. Например, многие знатоки и аудиоманы предпочитают иметь именно ламповые усилители - в частности, из-за низкого уровня шумов. В этом случае от колонок совершенно не слышно характерного шипения при паузах в музыке.

 

Свойства полупроводников

 

Как известно, по своей способности проводить ток, все вещества делятся на три группы: проводники, полупроводни-ки и диэлектрики (или изоляторы ).

Проводники характеризуются наличием в них свободных электрических зарядов (в металлах – это электроны), способных легко перемещаться под действием электрического поля, то есть создавать электрический ток.

Полупроводники слабо проводят ток, а диэлектрики – практически совсем не проводят. Тем не менее, разница между полупроводниками и изоляторами не так очевидна. Электропро-водность их при повышении температуры сильно возрастает. То есть при охлаждении сопротивление полупроводника увеличи-вается и он перестаёт проводить ток, фактически становясь диэлектриком. Диэлектрик же при повышении температуры становится полупроводником. Фактически диэлектриками назы-вают вещества, которые не проводят ток при обычной, нормаль-ной температуре. Большинство веществ в природе при нормаль-ных условиях являются полупроводниками.

 

Но особенность полупроводников не просто в том, что они проводят ток хуже, чем проводники (т.е. имеют высокое сопротивление). Их сопротивление не является постоянной, справочной величиной (как в металлах), а значительно зависит от целого ряда факторов:

- температуры;

- количества и природы внесённых примесей;

- электрического поля;

- света;

- ионизирующих излучений и пр.

 

Основной ключевой особенностью, решающей для при-менения в электронике ПП, является именно возможность упра-влять сопротивлением, делая его в зависимости от задачи больше или меньше.

Таким образом – основной принцип работы ПП – управ-ление сопротивлением при помощи тока или напряжения.

Физические принципы работы и устройства ПП очень сложны и требуют детального изучения, которое невозможно в рамках данной дисциплины. В радиотехнических специально-стях в ВУЗах часто вводится специальный предмет «Полупро-водниковые приборы». В данном пособии акцент будет сделан на основные принципы работы, параметры и применение ПП.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: