Vedení proudu v polovodičích, polovodičová dioda a tranzistor

Vedení proudu v polovodičích, polovodičová dioda a tranzistor: vlastní a příměsová vodivost polovodičů, konstrukce diod a tranzistorů, jejich charakteristiky, užití diod při usměrňování, zesilovací stupeň s tranzistorem.

POLOVODIČ – křemík, selen, telur, uhlík, sulfidy olova a kadmia, jejich el. odpor závisí na teplotě více než u kovů, závisí také na dopadajícím záření a na obsahu různých příměsí.

VLASTNÍ VODIVOST POLOVODIČŮ (v čistém polovodiči)- např. ve velmi čistém monokrystalu křemíku
při nízkých teplotách (blízkých 0K) se chová jako izolant, při teplotě okolo 295K dochází ke generaci párů – elektron – díra, při konstantní teplotě se jejich zpětnou rekombinací udržuje rovnováha.
Výsledný el. proud v polovodiči je součtem proudu elektronového a děrového:
Elektrický opor polovodičů s rostoucí teplotou rychle klesá. Generaci párů elektron – díra může vyvolat i dopad záření na povrch polovodiče (fotorezistor) - Vnitřní fotoelektrický jev

PŘÍMĚSOVÁ VODIVOST POLOVODIČŮ - vodivost polovodiče lze značně ovlivnit i nepatrné množství příměsí – cizích atomů, jimiž nahradíme atomy křemíku, aniž bychom porušili jeho krystalovou stavbu.

Polovodiče typu N – získáme jej příměsemi pětivazných atomů (P, As, Sb) – donorů (dárců) – vzniká elektronová vodivost (slabě připoutané elektrony se snadno uvolní už při nízké teplotě).

Polovodiče typu P – příměsi tvoří atomy trojmocného prvku (B, Al, Ga) – akceptorů (příjemců) – vzniká děrová vodivost (nosiči jsou klané – pozitivní částice).

POLOVODIČOVÁ DIODA – součástka se dvěma vývody připojenými ke krystalu polovodiče s jediným přechodem PN. Vývod z oblasti P = anoda, z oblasti N = katoda A K
Vodivost diody závisí na orientaci zapojení. + -
v propustném směru – obvodem prochází téměř stejný proud
jako bez diody P N
v závěrném směru – prochází diodou pouze nepatrný proud.
závislost vodivosti diody na polaritě = diodový jev

VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA DIODY
křemíkové usměrňovací a stabilizační diody mají v propustném směru prakticky stejnou charakteristiku, s přibližně exponenciálním průběhem (z počátku je proud malý, po překročení prahového napětí rychle roste.
V závěrném směru prochází usměrňovací diodou velmi malý proud. Napětí na usměrňovací diodě nesmí překročit tzv. průrazné napětí, jinak by došlo ke zničení diody. Stabilizační dioda je konstruována tak, aby mohla po překročení průrazného napětí (Zennerova) vést proud. C C

TRANZISTOR – tvoří ho krystal polovodiče
se dvěma přechody PN, střední část krystalu je B B
báze B, a PN přechody ji oddělují od kolektoru C
a emitoru E. PNP NPN Podle typu vodivosti označujeme tranzistory
typu NPN nebo PNP. Z tranzistoru obvykle vycházejí E E
tři kovové elektrody (emitor, kolektor, báze), pomocí nichž zapojujeme tranzistor do obvodu.
Tranzistorový jev – Malé napětí vzbuzuje v obvodu báze proud, který je příčinou vzniku mnohem většího proudu v obvodu kolektorovém.
Předchůdci tranzistorů byli žhavené elektronky (velká spotřeba, nutnost nažhavení, poruchovost)

USMĚRŇOVAČ – zapojení diody v obvodu střídavého proudu – dioda vede proud jen v kladných půl-periodách – dochází k jednocestnému usměrnění. Pokud paralelně připojíme k obvodu kondenzátor, dochází k částečnému vyhlazení. Dvoucestný usměrňovač využívá kladných i záporných půl-period.

ZESILOVAČ – v zesilovacím obvodu (obr. S71) je tranzistor v zapojení se společným emitorem. Na vstupu je zesilovací napětí u1 , na výstupu je napětí u2. Nastává zesílení napětí :