Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

способствуя еще большему обеднению граничного слоя основными носителями тока. Вследствие этого количе­ ство электронов области п и дырок области р, обладаю­ щих энергией, достаточной для преодоления потенци­ ального барьера, уменьшается и, следовательно, умень­ шается поток основных носителей из одной области в другую. Уже при напряжении батареи, равном десятым долям вольта, ток, проходящий через переход, практи­ чески равен нулю.

Следовательно, в этом случае электронно-дырочный переход пропускает небольшой «обратный» ток, т. е. ве­ дет себя как высокое сопротивление. Однако поток не­ основных носителей разных знаков в обе стороны от граничного слоя остается практически неизменным. При изменении полярности включения батареи (рис. 5.5) в р-/г-переходе возникает электрическое поле, направлен­ ное навстречу существующему полю на границе обла­ стей. Это увеличивает количество основных носителей, способных преодолеть потенциальный барьер, сопротив­ ление перехода резко уменьшается, ток через него воз­ растает. Резкое увеличение тока наблюдается уже при напряжении батареи 1 В. •

Направление тока, создаваемого основными носите­ лями, т, е, тока, соответствующего низкому сопротивле­

60

нию /?-/г-перехода, называется прямым. Противополож­ ное его направление называется обратным (ток, обра­ зуемый неосновными носителями).

Таким образом, р-/г-переход, обладая явно выражен­ ными выпрямительными свойствами, обусловливает ра­ боту полупроводникового диода.

Свойства полупроводниковых диодов в основном определяются их вольт-амперными характеристиками

(рис. 5.6).

При нулевом напряжении на диоде ток равен нулю. В области отрицательных значений напряжения ток имеет обратное направление и значительно меньшую величину, чем в прямом направлении.

Параметрами полупроводникового диода являются:

—сопротивление диодов в прямом направлении (по­ рядка 0,1—100 Ом);

—сопротивление диодов в обратном направлении (порядка 10—100 кОм);

—обратное пробивное напряжение (от десятков до сотен вольт);

—обратное рабочее напряжение (его величина не­ сколько ниже обратного пробивного напряжения);

—выпрямленный ток (порядка 10—100 мА у то­ чечных и 0,1—10 А у плоскостных диодов);

—максимальная частота, когда диод еще эффек­

тивно работает.

Достоинства полупроводниковых диодов: малые га­ бариты, большой срок службы, высокая механическая прочность, экономичность. Недостатки: параметры дио­ дов зависят от температуры окружающей среды, боль­ шой разброс характеристик и параметров у однотипных экземпляров, наличие обратного тока.

Тем не менее полупроводниковые диоды широко ис­ пользуются в радиотехнической аппаратуре. Типы пло­ скостных диодов: Д7А, Д7Б, Д7В, Д7Е, Д302, ДЗОЗ, ДГЦ-21, ДГЦ-27. Типы точечных диодов: Д1А, Д1Б, Д1В, Д1Г, Д2А, Д2Б, Д2Г и т. д.

§ 3. Полупроводниковые триоды

Полупроводниковые триоды, называемые также транзисторами, как и полупроводниковые диоды, делятся на плоскостные и точечные. Точечные применения не по­

61

лучили из-за ряда недостатков: неустойчивость в работе усилительных схем, малая надежность и механическая прочность, поэтому их не рассматриваем.

Плоскостной транзистор (рис. 5.6) состоит из трех частей: полупроводника одного типа проводимости и двух примыкающих полупроводников с противополож­ ным типом проводимости. Эти три части образуют в мо­ нокристалле два электронно-дырочных перехода. Если средняя часть имеет электронную проводимость, а остальные две части — дырочную, то такой транзистор

рп р

Рис. 5.6. Структура транзистора типа р-п-р

будет типа р-п-р в отличие от транзистора типа п-р-п, когда средняя часть обладает дырочной проводимостью, а боковые — электронной.

Принцип работы транзистора о.снован на взаимодей­ ствии двух электронно-дырочных переходов. При соеди­ нении, показанном на рис. 5.6, они имеют среднюю об­ щую область п, называемую базовой. Кроме того, к одному из них (левому) напряжение приложено в пря­ мом направлении, а к другому (правому) — в обратном. Через левый переход — эмиттер в среднюю область — базу потечет эмиттерный ток, который состоит из тока дырок и тока электронов областей р и п соответственно:

h = lp + ^п-

Дырки, войдя в область п, могут достичь правого (закрытого) перехода, если толщина этой области зна­ чительно меньше длины диффузии дырки в области п. Обычно эта толщина много меньше длины диффузии. Дырки, достигающие правого перехода, называемого коллектором (выполняют функцию анода лампы), втя­ гиваются электрическим полем этого перехода.

62

не все дырки, испускаемые эмиттером, достигнут кол­ лекторного перехода. Часть их рекомбинирует с элек­ тронами в базовой области. Ток г'б, вытекающий из ба­ зы, Называют базовым.

Как и электронная лампа, транзистор способен ге­ нерировать или усиливать сигналы. Для этого к его кол­ лекторному р-я-переходу необходимо приложить напря­ жение в обратном направлении, а к эмиттерному пере­

тельно других электродов, к эмиттеру — отрицательный относительно базы.

При использовании полупроводникового триода в усилительной схеме к нему подводится усиливаемое на­ пряжение, называемое входным, с выхода триода сни­ мается усиленное выходное напряжение.

Когда транзистор используется как усилитель, один электрод его является входным, другой— выходным, а третий — общим. В соответствии с этим различают три схемы включения транзисторов: с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Для качественной оценки работы транзисторов необходимо использовать параметры.

Напряжение коллектора ык —напряжение между вы­ водами коллектора и общего электрода. Постоянное на­ пряжение коллектора называют напряжением смеще­ ния коллектора.

Ток коллектора 1«—ток, протекающий через коллек­ торный переход и вывод коллектора»

63

источника входного сигнала.

Несмотря на то что значение а<1, транзистор будет усиливать. Для пояснения этого явления в цепь коллек­ тора включим сопротивление, а в цепь эмиттера тран­ зистора подадим переменное напряжение. В этом слу­ чае коллекторный ток будет, также изменяться и на со­ противлении выделится переменное напряжение, повто­ ряющее форму напряжения на эмиттере. При этом мощ­ ность сигнала в сопротивлении нагрузки может значи­ тельно превосходить мощность в цепи эмиттера, хотя коллекторный ток меньше эмиттерного. Происходит это потому, что входное сопротивление усилительного кас­ када в схеме с общей базой равно 30—50 Ом, а сопро­

большая частота, которую способен генерировать тран­ зистор при типовом режиме питания. При уменьшении напряжения коллектора /шах понижается, а при увеличе­

нии повышается.

Статическими характеристиками транзисторов на­ зывают, кривые, выражающие зависимость между по­ стоянными напряжениями и токами различных входных

ивыходных электродов транзистора.

Втранзисторе различают три значения тока: эмит­ тера 1'э, коллектора гк и базы г'б — и три значения напря­

жения в цепях: эмиттер — база иэб, база — коллектор «бк и коллектор — эмиттер икэ. Все они связаны форму­ лами

ц + h + ч —0; «эб + ибк+ икэ—о.

65

В зависимости от схемы включения транзистора входными и выходными могут быть разные электроды. Соответственно получаются различные семейства вход­ ных и выходных статических характеристик транзи­ стора.

Рис. 5.7. Семейство характеристик полу­ проводникового триода:

а) выходная; б) прямой передачи

Выходная (коллекторная) характеристика показы­ вает, как зависит ток коллектора от напряжения кол­ лектора при uq (в схеме с общим эмиттером) или иэ (в схеме с общей базой) = const. Эта характеристика на­ поминает анодную характеристику пентода (рис. 5.7, а).

Семейством таких характеристик называют несколь­ ко характеристик одного и того же транзистора, снятых при различных напряжениях базы или эмиттера. Стати­ ческая входная характеристика показывает зависи­

66

мость тока коллектора от напряжения эмиттера (вместе с общей базой) или напряжение базы (в схеме с общим эмиттером) при wK= const. Эта характеристика напоми­ нает анодно-сеточную характеристику электронной лам­ пы (рис. 5.7,6). Характеристики, снятые при различных значениях напряжения коллектора, называются семей­ ством входных характеристик.

§ 4. Фотоэлектронные приборы

Приборы, действие которых основано на фотоэлек­ тронной эмиссии, называются фотоэлементами. Они подразделяются на вакуумные, газонаполненные и по-

Е

а

Рис. 5.8т Внешний вид и схема включения вакуумного фото­ элемента

лупроводниковые. В вакуумных (электронных), элек­ троны, освобожденные под действием квантов света от связей с атомами кристаллической решетки, перемеща­ ются в вакуумном объеме. Газонаполненные (ионные) фотоэлектронные приборы заполняются инертным га­ зом (чаще аргоном); в них электроны проходят через газ и ионизируют его, что увеличивает общий поток электронов и положительных ионов. Полупроводнико­ вые, в которых электроны также под действием свето­ вого потока освобождаются от внутренних связей, уве­ личивая внутреннюю проводимость элемента или созда­ вая в нем э. д. с.

Устройство вакуумного фотоэлемента показано на рис. 5,8, а. В стеклянной колбе размещены катод К и

67

анод А. Катод в виде полупроводникового слоя нанесен на внутреннюю поверхность колбы. Катод является обычно кислородно-цезиевым или сурьмяно-цезиевым. Благодаря малой работе выхода эмиссия электронов из кислородно-цезиевого катода происходит при достаточ­ но длинных волнах (квантах с малой энергией).

Анод в фотоэлементах изготовляется в виде кольца или тонкой металлической сетки, чтобы он не преграж­ дал путь световому потоку к катоду. Электроны, эмиттируемые фотокатодом, притягиваются к аноду под дей­ ствием анодного напряжения. Схема включения фото­ элемента в электрическую цепь дана на рис. 5.8, 6.

Газонаполненные элементы отличаются от вакуум­ ных тем, что из колбы удаляется воздух и она запол­

68