Типы электронных компонентов, подключение и использование pn-перехода

Большинство электронных компонентов и устройств изготовлены из полупроводников, которые, как известно, чувствительны к условиям окружающей среды, таким как свет, тепло, давление, радиация и химическое загрязнение, поэтому они используются в качестве датчиков или средств для измерения внешних стимулов, электронных компонентов и устройств. являются строительными блоками для всех электронных систем.

Типы электронных компонентов

1. Простые компоненты: такие как резистор (R), индукционная катушка (L), конденсатор (C).
2. Сложные компоненты: pn переход (диод) и транзистор.
3. Специализированные компоненты: например, оптоэлектронные устройства и устройства контроля тока.

Pn переход

Структура: Он состоит из п-типа кристалла и р-типа кристалла .

Объясняя способ работы:

В кристалле p-типа концентрация дырок (p) больше, чем концентрация электронов (n), в то время как концентрация дырок в кристалле n-типа ниже, чем концентрация электронов .

Некоторые дырки диффундируют из области p-типа в область n-типа. Кроме того, некоторые электроны диффундируют из области n-типа (высокая концентрация для электронов ) в область p-типа (низкая концентрация для электронов ), которая называется диффузионным током. .

Передача некоторых электронов из п-типа области не покрывает все отверстия от положительных ионов донора и перенос некоторых дырок из р-области не покрывают все электроны от отрицательных ионов акцепторов, это приводит к середине область, свободная от заряда, называется переходной (обедненной) областью с положительными ионами с одной стороны и отрицательными ионами с другой.

Когда кристалл n-типа теряет часть своих электронов , он приобретает положительное напряжение, в то время как кристалл p-типа приобретает отрицательное напряжение из-за передачи ему электронов, таким образом создается электрическое поле и его направление от кристалла n ( положительное напряжение) на p-кристалл (отрицательное напряжение), который генерирует электрический ток, называемый дрейфовым током, который противоположен диффузионному току.

За счет непрерывного переноса электронов и дырок из высокой концентрации в низкую разность потенциалов между двумя кристаллами увеличивается до определенного значения, при котором диффузионный ток = ток дрейфа, при котором электроны не переносятся от n к p, а разность потенциалов равна называется барьером напряжения pn перехода.

Диффузионный ток — это ток, возникший в результате диффузии положительных дырок из области (p) в область (n) и диффузии электронов из области (n) в область (p) в месте контакта двух кристаллов. ) — это область, которая не содержит носителей заряда, но с двух сторон — кристалл (n) и кристалл (p) в pn переходе.

Дрейфовый ток — это ток, который возникает в результате внутреннего электрического поля между положительными ионами в n-области и отрицательными ионами в p-области по обе стороны от контактной области pn-перехода, и он противоположен диффузионному току.

Барьер напряжения pn перехода — это наименьшая разность потенциалов с двух сторон от положения контакта p и n, которого достаточно для предотвращения диффузии большего количества дырок и свободных электронов в область с низкой концентрацией.

Когда напряжение барьера pn перехода = 0,3 В, это означает, что наименьшая разность потенциалов с двух сторон от положения контакта p и n, которого достаточно для предотвращения диффузии большего количества дырок и свободных электронов в область низкой концентрации = 0,3 В. .

Подключение pn перехода

В электрическую цепь pn переход включается двумя способами:

Прямое смещение pn перехода

Кристалл P-типа подключается к положительной клемме аккумулятора, а кристалл n-типа подключается к отрицательной клемме аккумулятора. Направление внешнего поля (из-за аккумулятора) противоположно направлению внутреннего поля в переходной области и, следовательно, ослабляет ее.

Напряжение pn-перехода становится меньше, чем напряжение барьера, Толщина переходной области уменьшается (дырки и электроны отталкиваются от полюсов батареи и перемещаются ближе к разделяющей поверхности), Сопротивление перехода (R) небольшое, Высокое- Через переход проходит электрический ток интенсивности.

Обратное смещение pn перехода

Кристалл P-типа подключается к отрицательной клемме аккумулятора, а кристалл n-типа подключается к положительной клемме аккумулятора. Направление внешнего поля (из-за аккумулятора) совпадает с направлением внутреннего поля в переходная область и, следовательно, укрепляет ее.

Напряжение -перехода становится больше , чем барьерное напряжение, Толщина переходной области увеличивается, (дырки и электроны привлекают с полюсами батареи и двигаться далеко от разделительной поверхности), сопротивление от перехода (R) является большим, сила электрического тока очень слабая, почти исчезла, I = 0.

Использование pn перехода

1. Используется в качестве переключателя: когда pn переход подключен в прямом направлении, он позволяет протекать электрическому току в цепи, таким образом, он действует как замкнутый переключатель, в то время как, когда он подключен в обратном направлении, он не позволяет ток проходит через цепь, и он действует как разомкнутый переключатель.
2. Выпрямление переменного тока : это означает преобразование переменного тока (который может изменяться по интенсивности и направлению) в однонаправленный ток, который используется при зарядке автомобильного аккумулятора и сотового телефона. Мы можем преобразовать переменный ток в постоянный ток , используя множество pn. переходы.

Омметр можно использовать, чтобы убедиться, что pn переход работает, так что диод имеет небольшое сопротивление в прямом направлении и большое сопротивление в обратном направлении, омметр можно использовать для различения между pn переходом и омическим сопротивлением :

• В случае pn перехода: показания омметра очень большие в прямом направлении и очень маленькие в обратном направлении.
• В случае омического сопротивления : показания омметра не изменяются при изменении направления тока на противоположное.

Мы можем сравнить между pn переходом и омическим сопротивлением:

Pn переход состоит из двух прикрепленных кристаллов n и p. Носителями заряда являются свободные электроны или дырки. Сила электрического тока проходит в одном направлении и не проходит в обратном направлении. При повышении температуры сопротивление уменьшается, а проводимость увеличивается.

Омическое сопротивление состоит из катушки проволоки подходящего удельного сопротивления , такие как вольфрам или нихром, Носители заряда являются свободными электронами , Интенсивность электрического тока проходит в двух направлениях, за счетом увеличения температуры, значение сопротивление возрастает , а проводимость уменьшается.

Электронный тюнинг

Чтобы настроить телевизор или радио на определенную станцию, нам нужно отрегулировать значение конденсатора, чтобы установить частоту приемника на частоту выбранной радиостанции, это состояние называется резонансом .

В современных приемниках конденсатор заменен обратно смещенным pn переходом. Ширина переходной области увеличивается с увеличением обратного смещения. Увеличение ширины переходной области означает увеличение фиксированного ионного заряда по обе стороны от перехода. область с обратным напряжением, это равносильно действию конденсатора.

Таким образом, мы можем изменить значение конденсатора, управляя обратным напряжением. Это называется электронной настройкой (а устройство называется варактором).