Транзисторы и диоды: как работают полупроводники

Без полупроводников невозможно было бы создать вычислительную технику (например, компьютеры или те же смартфоны).

Широко используемым материалом для производства полупроводниковых элементов является кремний. 

Однако в чистом виде кремний плохо проводит электрический ток. Это можно исправить, если изменить его кристаллическую решетку путем легирования.

Таким образом, в современной радиоэлектронике встречается несколько видов кремния для полупроводников. 

Кремний, легированный фосфором, называются полупроводником N-типа, а кремний, легированный алюминием — полупроводником P-типа. 

ice screenshot 20211224 223110

Принцип работы диода

Если соединить два типа полупроводников вместе, то на граница материалов свободные электроны атома фосфора перекочуют к вакантным местам у атомов алюминия. В результате на границе полупроводников получится обедненный слой.

Кристаллическая решетка напоминает чистый кремний: нет дырок и свободных электронов. Поэтому слой и называется обедненным. 

Если подать ток через эту конструкцию и «+» источника питания подключить к полупроводнику n-типа, а «—» к полупроводнику p-типа, то свободные электроны из атомов фосфора начнут притягиваться к плюсу питания. 

При этом носители положительного заряда будут смещаться к «—» и обедненная область на границе двух полупроводников будет расширяться. В результате ток не будет протекать. 

Если же изменить полярность питания и подать напряжение от 0,7 V, то электроны смогут упорядоченно двигаться в цепи, что и является течением электрического тока.

Конструкция из двух типов кремния является самым обыкновенным кремниевым диодом с p-n переходом: в одну сторону ток течет, в другую — нет. 

Принцип работы транзистора

Что касается транзисторов с маркировкой npn, то они состоят из последовательно расположенных полупроводников n-типа, p-типа и n-типа. 

Если в наглую попытаться пропустить ток через весь транзистор, то ничего не получится, потому что один из pn переходов будет мешать это сделать. Причем полярность роли не играет. 

Советуем к прочтению:   Зачем нужны конденсаторы в радиоэлектронике и какими они бывают

ice screenshot 20211224 225314

Однако, если подключить еще один источник питания положительным полюсом к полупроводнику p-типа, а отрицательным к левому полупроводнику n-типа, то свободные электроны из левой области устремятся ко второму источнику питания. 

Но поскольку область полупроводника p-типа очень тонкая, часть электронов уйдет ко второму источнику питания, а остальные электроны остаются в области полупроводника p-типа, подобно свободным электронам в области правого полупроводника n-типа. 

В результате смежные области получаются как один материал. Раз кристаллическая решетка одинаковая, то электроны без преодоления потенциального барьера движутся по цепи.

Если увеличить ток во второй управляющей цепи, то в область центрального полупроводника p-типа перескочит еще больше электронов с левой n-области. Свободные электроны под воздействием основного источника питания будут двигаться дальше.

ice screenshot 20211224 225254

Таким образом, при увеличении силы тока в управляющей цепи, прямо пропорционально возрастает поток электронов (ток в основной цепи). Вот вам и принцип работы транзисторов npn типа. 

Видео по теме

Полупроводники. Как работают транзисторы и диоды. Самое понятное объяснение!Полупроводники. Как работают транзисторы и диоды. Самое понятное объяснение!

Как вам статья?

Павел
Павел
Бакалавр "210400 Радиотехника" – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Написать
Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Записки радиолюбителя
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: