Электрические материалы. Полупроводники. Проводники

1.

Полупроводники
Электрические материалы
Проводники
Передача электроэнергии от
источника к потребителям с
минимальными потерями:
• серебро
• золото
• платина
• медь
• алюминий
Полупроводники
Преобразование сигналов:
• германий
• кремний
• арсенид галлия
Диэлектрики
Изоляторы:
• резина
• пластмассы
• дерево
• бумага
1

2.

Полупроводники
Полупроводники
Чистые
полупроводники
Полупроводники
+примесь
Собственная
проводимость
Примесная
проводимость
2

3.

Собственная проводимость
Ge
Ядро атома германия
Ge
Ge
Ge
Электрон на внешней орбите
Ge
3

4.

Собственная проводимость
Ковалентные связи атомов
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge

5.

Собственная проводимость
Кристалл германия
Кристалл кремния

6.

Собственная проводимость
Электрон,
разорвавший
ковалентную
связь
Вакансия
(дырка)
Вакансия
(дырка)
Электрон,
разорвавший
ковалентную
связь

7.

Примесная проводимость
Незанятый электрон
Донорная
примесь
Незанятый
электрон
Донорная
примесь

8.

Примесная проводимость
Дырка
Акцепторная
примесь
Акцепторная
примесь
Дырка

9.

Р-n-переход
Участок с положительным зарядом
Участок с отрицательным зарядом

10.

Р-n-переход
Е
+
-

11.

Р-n-переход
Е
-
+

12.

Вольтамперная характеристика диода
Iпр
Прямая ветвь
Uобр
Uобр макс
Uнач
Uпр
Обратная ветвь
Iобр
Главное свойство диодов – односторонняя проводимость

13.

Принцип работы однополупериодного выпрямителя
VD1
U
Rн
u
t
uн
t

14.

Конструкция полупроводниковых диодов
Устаревшие конструкции
диодов
Современные маломощные
диоды
Современный мощный диод
~
-
~
Сдвоенные диоды (с барьером Шоттки)
Выпрямительный мост
14

15.

Разновидности диодов
Стабилитроны (диоды Зенера)
ВАХ
стабилитрона
Iпр
Рабочая зона
Uобр
Uпр
Iобр

16.

Разновидности диодов
Светодиоды
Фотодиоды
Варикапы

17.

Биполярный транзистор
Структура биполярного транзистора
p-n-переходы
p-область
n-область
p-область
Вывод
эмиттера
Вывод
коллектора
Вывод базы
Кристалл
полупроводника
17

18.

Биполярный транзистор
Биполярный транзистор структуры p-n-p
p
Биполярный транзистор структуры n-p-n
p
n
n
К
Э
n
К
Э
Б
Б
U1
p
U2
U1
U2
К
К (C)
Б
Б (B)
Э (E)
Э
p-n-p
Условное графическое обозначение биполярных транзисторов
n-p-n
18

19.

Биполярный транзистор
p
p
n
Э
p
К
Э
Б
R min
I max
p
К
- +
К
Б
+ R ∞
I 0
p
n
Э
Б
- +
+ -
p
n
+ -
+ Kус К
19

20.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
Структура транзистора с управляющим p-n-переходом
Вывод
затвора
U1
Управляющий
p-n-переход
U2
З
n-область
Вывод стока
I1
Подложка
р-канал
I2
И
Вывод истока
П
Вывод от
подложки
При изменении напряжения на затворе U1 U2 изменяется ширина канала, а, следовательно, изменяется и ток I1 I2
20
С

21.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
Условное графическое обозначение полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом
З
З
И
С
И
С
С
С
З
З
И
И
n-канал
p-канал
21

22.

Полевой транзистор с изолированным затвором (МОП)
Структура транзистора
Условное графическое
обозначение
Uз
Диэлектрик
З
(Gate)
Электрическое
поле
С
З
И
(Sourse)
С
(Drain)
И
n-канал
22

23.

Биполярный транзистор со встроенным затвором (IGBT)
Эквивалентная схема транзистора IGBT
VT3
Условное графическое
обозначение
К
К
VT1
З
З
VT2
R1
Э
Э
23

24.

Внешний вид транзисторов
Маломощные транзисторы
Транзисторы средней мощности
Транзисторы для одностороннего
монтажа (SMD)
Мощные транзисторы в
металлическом корпусе
Мощные транзисторы в
корпусе ТО-220
IGBT транзисторы
24