skanuj0106

Ćwiczenie 19 ¹

Sporządzanie charakterystyk tranzystora

1. Wprowadzenie

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych możemy wytłumaczyć w oparciu o model pasmowy, który został omówiony w Uzupełnieniu. Znajomość tego modelu jest niezbędna do zrozumienia zasady działania każdego urządzenia półprzewodnikowego, również i tranzystora.

1.1. Dioda półprzewodnikowa

W elementach półprzewodnikowych: diodach i tranzystorach występuje złącze p-n, powstające przy zetknięciu półprzewodnika typu p z półprzewodnikiem typu n. W takim złączu p-n wyróżnia się trzy różne obszary: obszar typii p, gdzie nośnikami większościowymi są dziury, warstwę zubożoną i obszar typu n, gdzie nośnikami większościowymi są elektrony (rys.la).

Warstwa zubożona powstaje po zetknięciu obu typów półprzewodnika. Nośniki większościowe z obszaru n, elektrony, dyfundują do obszaru typu p, pozostawiając dodatnio naładowane jony. Natomiast dziury z obszaru p dyfundu-jądo obszaru «, pozostawiając po sobie jony ujemne. W ten sposób, po ustaleniu się równowagi, tworzy się warstwa grubości kilku mikronów zubożona w nośniki większościowe, a wytworzone w niej pole elektryczne E (rys.la i lb) charakteryzuje bariera potencjału V (rys.lc), która zapobiega dalszej dyfuzji dziur i elektronów przez złącze. Równowaga w złączu jest dynamiczna. Oznacza to, że pewna liczba nośników większościowych może pokonać barierę potencjału, na skutek czego przez złącze płynie niewielki prąd I_w. Jest on skompensowany przez płynący w przeciwnym kierunku prąd nośników mniejszościowych Im, który prawie nie zależy od wysokości bariery. Jeśli nie przyłożymy zewnętrznego napięcia do złącza, prąd przez złącze nie płynie.

Złącze takie ma własności prostownicze, tj. przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli dodatni biegun baterii zostanie połączony z obszarem typu p, a ujemny z obszarem typu n, to bariera potencjału V zostanie obniżona, wzrośnie prąd I_w i przez złącze zaczyna płynąć prąd rosnący eksponencjalnie wraz z przykładanym napięciem' zewnętrznym (rys.2a i 2b). Mówimy wówczas o polaryzacji w kierunku przewodzenia.

© © ©00 0; 0°0^<0°0°©

• elektrony    ffl jony donorowe

o dziury    0 jony akceptorowe

Rys.l. Złącze p-n - a; zmiany koncentracji nośników większościowych (n - elektronów, p - dziur) - b oraz potencjału V w obszarze złącza

Dla przeciwnie przyłożonych napięć (dodatni biegun połączony z obszarem typu n, a ujemny z typup) bariera potencjału wzrasta, zmniejsza się prąd I_w i przez złącze przepływa bardzo słaby prąd zaporowy związany z nośnikami mniejszościowymi, który szybko osiąga wartość nasycenia Iq. Wielkość prądu płynącego przez złącze dana jest wyrażeniem:

I = Inie'

'-!)■

Diody półprzewodnikowe to elementy, w których półprzewodnik typu n przylega ściśle do półprzewodnika typu p. W praktyce wykonywane są one z odpowiednio domieszkowanego germanu (Ge) lub krzemu (Si) i znalazły zastosowanie przede wszystkim jako prostowniki prądu zmiennego.

1

Opracowała B.Oleś.