Thiết bị và hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Transitor là một thiết bị bán dẫn hoạt động, với sự trợ giúp của việc khuếch đại, chuyển đổi và tạo ra các dao động điện được thực hiện. Một ứng dụng của bóng bán dẫn như vậy có thể được quan sát trong công nghệ tương tự. Khác hơn thế bóng bán dẫn Chúng cũng được sử dụng trong công nghệ kỹ thuật số, trong đó chúng được sử dụng trong chế độ chính. Nhưng trong thiết bị kỹ thuật số, hầu hết tất cả các bóng bán dẫn đều được ẩn giấu bên trong các mạch tích hợp, với số lượng lớn và kích cỡ siêu nhỏ.

Ở đây chúng ta sẽ không tập trung quá nhiều vào các electron, lỗ trống và nguyên tử, đã được mô tả trong các phần trước của bài viết, nhưng một số điều này, nếu cần thiết, vẫn sẽ phải được ghi nhớ.

Các diode bán dẫn bao gồm một tiếp giáp p-n, các thuộc tính được mô tả trong phần trước của bài viết. Các bóng bán dẫn, như bạn biết, bao gồm hai quá trình chuyển đổi, do đó diode bán dẫn có thể được coi là tiền thân của bóng bán dẫn, hoặc một nửa của nó.

Nếu tiếp giáp p-n ở trạng thái nghỉ, thì các lỗ và electron được phân phối, như trong Hình 1, tạo thành một rào cản tiềm năng. Chúng tôi sẽ cố gắng không quên các quy ước của electron, lỗ trống và ion được thể hiện trong hình này.

Hình 1

Làm thế nào là một bóng bán dẫn lưỡng cực

Thiết bị bóng bán dẫn lưỡng cực thoạt nhìn đơn giản. Để làm điều này, nó là đủ để tạo ra hai mối nối pn trên một tấm bán dẫn, được gọi là cơ sở. Một số phương pháp để tạo một ngã ba pn đã được mô tả. trong các phần trước của bài viếtdo đó chúng tôi sẽ không lặp lại ở đây.

Nếu độ dẫn cơ sở là loại p, thì bóng bán dẫn kết quả sẽ có cấu trúc n-p-n (phát âm là "en-pe-en"). Và khi một tấm loại n được sử dụng làm cơ sở, thì chúng ta sẽ có được một bóng bán dẫn của cấu trúc p-n-p (pe-en-pe).

Ngay khi đến cơ sở, bạn nên chú ý đến điều này: wafer bán dẫn được sử dụng làm đế rất mỏng, mỏng hơn nhiều so với bộ phát và bộ thu. Tuyên bố này nên được ghi nhớ, bởi vì nó sẽ cần thiết trong quá trình giải thích hoạt động của bóng bán dẫn.

Đương nhiên, để kết nối với "thế giới bên ngoài" từ mỗi khu vực p và n xuất ra dây. Mỗi người trong số họ có tên của khu vực mà nó được kết nối: bộ phát, cơ sở, bộ thu. Một bóng bán dẫn như vậy được gọi là bóng bán dẫn lưỡng cực, vì nó sử dụng hai loại chất mang điện tích - lỗ và electron. Cấu trúc sơ đồ của bóng bán dẫn của cả hai loại được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2

Hiện nay, bóng bán dẫn silicon được sử dụng ở mức độ lớn hơn. Các bóng bán dẫn Germanium gần như hoàn toàn lỗi thời, được thay thế bằng silicon, vì vậy câu chuyện tiếp theo sẽ là về chúng, mặc dù đôi khi Germanium sẽ được đề cập. Hầu hết các bóng bán dẫn silicon có cấu trúc n-p-n, vì cấu trúc này tiên tiến hơn về công nghệ trong sản xuất.

Các cặp bóng bán dẫn bổ sung

Đối với các bóng bán dẫn Germanium, rõ ràng, cấu trúc p-n-p đã tiên tiến hơn về mặt công nghệ, do đó, các bóng bán dẫn Germanium phần lớn có cấu trúc này chính xác. Mặc dù, là một phần của các cặp bổ sung (bóng bán dẫn gần với các tham số, chỉ khác nhau về loại độ dẫn), các bóng bán dẫn Germanium có độ dẫn khác nhau cũng được sản xuất, ví dụ, GT402 (p-n-p) và GT404 (n-p-n).

Một cặp như vậy đã được sử dụng làm bóng bán dẫn đầu ra trong ULF của các thiết bị vô tuyến khác nhau. Và nếu các bóng bán dẫn Germanium không hiện đại đã đi vào lịch sử, thì các cặp bóng bán dẫn silicon bổ sung vẫn đang được sản xuất, từ các bóng bán dẫn trong các gói SMD và đến các bóng bán dẫn mạnh mẽ cho các giai đoạn đầu ra của ULF.

Nhân tiện, các bộ khuếch đại âm thanh trên các bóng bán dẫn Germanium được những người yêu thích âm nhạc cảm nhận gần giống như các ống. Vâng, có thể tồi tệ hơn một chút, nhưng tốt hơn nhiều so với các bộ khuếch đại bóng bán dẫn silicon. Đây chỉ là để tham khảo.

Làm thế nào để một bóng bán dẫn làm việc

Để hiểu cách thức hoạt động của bóng bán dẫn, một lần nữa chúng ta sẽ phải quay trở lại thế giới của các điện tử, lỗ trống, nhà tài trợ và người chấp nhận. Đúng vậy, bây giờ nó sẽ có phần đơn giản hơn, và thậm chí thú vị hơn so với các phần trước của bài viết. Một nhận xét như vậy đã được thực hiện để không làm người đọc sợ hãi, cho phép đọc tất cả điều này đến cùng.

Hình 3 bên trên cho thấy sự chỉ định đồ họa có điều kiện của các bóng bán dẫn trên các mạch điện và bên dưới các mối nối p-n của các bóng bán dẫn được trình bày dưới dạng điốt bán dẫn, cũng được đưa vào theo hướng ngược lại. Đại diện này rất thuận tiện khi kiểm tra bóng bán dẫn bằng đồng hồ vạn năng.

Hình 3

Và hình 4 cho thấy cấu trúc bên trong của bóng bán dẫn.

Trong hình này, bạn phải nán lại một chút để xem xét nó chi tiết hơn.

Hình 4

Vậy hiện tại có vượt qua hay không?

Ở đây nó cho thấy nguồn năng lượng được kết nối với bóng bán dẫn của cấu trúc n-p-n và nó ở một cực như vậy mà nó được kết nối với các bóng bán dẫn thực trong các thiết bị thực. Nhưng, nếu bạn nhìn kỹ hơn, hóa ra dòng điện sẽ không đi qua hai điểm nối p-n, qua hai rào cản tiềm năng: bất kể bạn thay đổi cực của điện áp như thế nào, một trong những điểm nối nhất thiết sẽ ở trạng thái không dẫn điện. Vì vậy, bây giờ hãy để Lừa rời khỏi mọi thứ như trong hình và xem điều gì xảy ra ở đó.

Không kiểm soát hiện tại

Khi bạn bật nguồn hiện tại, như trong hình, quá trình chuyển đổi cơ sở phát (n-p) ở trạng thái mở và sẽ dễ dàng chuyển các electron theo hướng từ trái sang phải. Sau đó, các electron sẽ va chạm với một bộ phát cơ sở chuyển tiếp kín (p-n), sẽ dừng chuyển động này, đường dẫn cho các electron sẽ bị đóng lại.

Nhưng, như mọi khi và mọi nơi, có những ngoại lệ đối với tất cả các quy tắc: một số điện tử rất nhanh nhẹn sẽ có thể vượt qua rào cản này dưới tác động của nhiệt độ. Do đó, mặc dù một dòng điện không đáng kể với sự bao gồm như vậy sẽ vẫn còn. Dòng điện nhỏ này được gọi là dòng điện ban đầu hoặc dòng bão hòa. Cái tên cuối cùng là do tất cả các electron tự do có khả năng vượt qua rào cản tiềm năng ở một nhiệt độ nhất định đều tham gia vào sự hình thành dòng điện này.

Dòng điện ban đầu là không thể kiểm soát, nó có sẵn cho bất kỳ bóng bán dẫn, nhưng đồng thời nó ít phụ thuộc vào điện áp bên ngoài. Nếu nó, điện áp, được tăng đáng kể (trong phạm vi hợp lý được chỉ định trong các thư mục), dòng điện ban đầu sẽ không thay đổi nhiều. Nhưng hiệu ứng nhiệt trên dòng điện này rất đáng chú ý.

Nhiệt độ tăng thêm làm tăng dòng điện ban đầu, do đó có thể dẫn đến sự gia nhiệt thêm của mối nối pn. Sự mất ổn định nhiệt như vậy có thể dẫn đến sự cố nhiệt, phá hủy bóng bán dẫn. Do đó, các biện pháp nên được thực hiện để làm mát các bóng bán dẫn, và không áp dụng các ứng suất cực đoan ở nhiệt độ cao.

Bây giờ hãy nhớ cơ sở

Việc bao gồm một bóng bán dẫn cơ sở lơ lửng được mô tả ở trên không được áp dụng ở bất cứ đâu trong các sơ đồ thực tế. Do đó, Hình 5 cho thấy sự bao gồm chính xác của bóng bán dẫn. Để làm điều này, cần phải đặt một số điện áp nhỏ vào cơ sở so với bộ phát và theo hướng thuận (nhớ lại diode, và nhìn lại Hình 3).

Hình 5

Nếu trong trường hợp của diode, mọi thứ dường như rõ ràng, - dòng điện mở ra và đi qua nó, thì các sự kiện khác xảy ra trong bóng bán dẫn. Dưới tác dụng của dòng phát, các electron chạy tới bazơ có độ dẫn p từ bộ phát có độ dẫn n. Trong trường hợp này, một phần của các điện tử sẽ được lấp đầy bởi các lỗ nằm ở vùng cơ sở và một dòng điện không đáng kể chảy qua thiết bị đầu cuối cơ sở, tức là Đây là nơi cần nhớ rằng đế mỏng và có vài lỗ hổng trong đó.

Các electron còn lại, không có đủ lỗ trống trong đế mỏng, lao vào bộ thu và sẽ được trích xuất từ ​​đó bởi tiềm năng cao hơn của pin collector Ek-e. Dưới ảnh hưởng này, các electron sẽ vượt qua rào cản tiềm năng thứ hai và sẽ trở lại bộ phát thông qua pin.

Do đó, một điện áp nhỏ áp dụng cho đường giao nhau của bộ phát cơ sở góp phần mở ra đường giao nhau của bộ thu cơ sở bị lệch theo hướng ngược lại. Trên thực tế, đây là hiệu ứng bóng bán dẫn.

Vẫn chỉ để xem xét "điện áp nhỏ" này áp dụng cho cơ sở ảnh hưởng như thế nào đến dòng thu, giá trị và tỷ lệ của chúng là gì. Nhưng về câu chuyện này trong phần tiếp theo của bài viết về bóng bán dẫn.

Tiếp tục bài viết: Đặc điểm của bóng bán dẫn lưỡng cực

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Một cái gì đó trong các hình cụ thể là 1 và 2 (những cái khác chưa nhìn thấy) rõ ràng không phải là thứ được cho là hiển thị (đánh giá bằng các liên kết từ văn bản)

[#2 Nadia]

Cảm ơn bạn rất nhiều. Cuối cùng cũng được làm rõ.

[#3]

Có, và với sự nhầm lẫn hiện tại ban đầu và bão hòa hiện tại.