Биполярный транзистор. P-N переход

05.07.2014 23:35

Из первой части статьи мы с вами узнали, что транзисторы состоят из P и N полупроводниковых материалов.  В настоящее время P-N переход спаивается по специальной технологии, что  конечно же, увеличивает проводимость для электрического тока. Ширина этой спайки очень мала и достигает  одну тысячную миллиметра.

 

 

Думаю, будет излишним рассказывать как на физическом уровне работает P-N переход. Это долго, муторно и непонятно. Да и вам это точно не пригодится). Самое главное свойство P-N перехода - это одностороння проводимость! Односторонняя ЧТО? ОДНОСТОРОННЯЯ ПРОВОДИМОСТЬ. Но что означает это словосочетание?

 

Давайте представим себе воронку, наподобие этой:

 

 

С какой стороны нам будет удобней наливать жидкость?  Думаю, что сверху, не так ли?  Тем самым мы переливаем нашу жидкость далее в какой-либо сосуд.

 

Ну а что будет, если мы перевернем нашу воронку и будем  наливать жидкость через узенькую трубочку таким же напором? Совсем малюсенькая часть жидкости попадет через узкую трубочку и окажется по ту сторону воронки. Остальная же часть тупо прольется мимо воронки.

 

А давайте теперь на секундочку представим, что вместо жидкости мы будем "наливать" электрический ток. С широкой стороны воронки ток прекрасно зайдет и потечет дальше через узенькую трубочку, а если перевернуть воронку совсем малюсенькая часть электрического тока протиснется на другой конец воронки, остальная же часть электрического тока "прольется" мимо воронки.

 

Так вот, дорогие мои читатели, P-N переход работает точно таким же способом, как и эта воронка! P - это широкая часть воронки, N - узкая часть воронки, ну то есть та самая тонкая трубочка.

 

Таким образом, подавая на "воронку" полупроводника P, плюс от источника питания (это может быть батарейка или Блок питания ) , а к N-полупроводнику, к узкой трубочке воронки, минус, то у нас ток течет как ни в чем не бывало.  Но как только мы поменяем полярность, то есть подадим на P  минус, а на N плюс, то у нас ток никуда не потечет. То есть цепь будет находиться в обрыве.

 

Что-нибудь понятно? Я так и знал...)))

 

А вам знаком вот такой радиоэлемент? 

 

 

а вот его схематическое изображение

 

Да, все верно - это Полупроводниковый диод. А знаете ли вы, что диод состоит из самого обычного P-N перехода? Можем даже вот так нарисовать диод:

 

 

 

Проведем опыт. Возьмем простой советский диод марки Д226:

 

 

Интересно, что же внутри у него?  На наждаке стачиваем одну треть корпуса диода, чтобы не повредить внутренности:

 

 

Интересно, где же этот P-N переход? С помощью цифрового микроскопа Prima Expert M100 увеличиваем  наш парированный диод и видим кристалл кремния. В красном кружочке я пометил этот самый кристалл.

 

 

 

Судя по книге Шишкова "Первые шаги в радиоэлектронике",  P-N переход находится где-то здесь:

 

Хотя я увидел там только одну пластинку кремния. Видать полупроводники P и N сплавлены  в один бутербродик. Короче говоря, главное работает, остальное по барабану) .

 

 

Итак, классика жанра... Как вы видите на этой картинке, диод имеет анод и катод. Анод - это P полупроводник, катод - это N полупроводник.  Все элементарно и просто.

 

 

Как проверить целостность P-N перехода, а соответственно и диода? Для этого ставим крутилку на Мультиметр е в режим прозвонки вот на этот значок :

В этом режиме измеряется падение напряжения.   Прямое падение напряжения для кремниевых диодов  составляет значение от 0,5 Вольт  и до 0,7 Вольт,  а для германиевых 0,3-0,4 Вольта.

  

 

Цепляем анод у диода к положительному щупу мультиметра (красный Щуп), а катод цепляем к отрицательному щупу (черный щуп):

Итак, на дисплее мультика мы видим так называемое прямое падение напряжения P-N перехода. В данном случае оно равно 554 милливольта или 0,55 Вольт.

 

 

Если поменять щупы местами, то на дисплее мультиметра высветится единичка. Это значит, что падение напряжения в данном случае не влазит в диапазон измерения мультиметра в функции прозвонки. При функции "прозвонка" можно наблюдать падение напряжения только  в диапазоне от 0  и до 1999 миллиВольт ;-).  Мультик же выдает 2,8-3 Вольта в этом режиме.

 

 

 

Ну что же, диод у нас хоть и раздраконенный моими ручонками, но целый ;-)  Тот же самый опыт я описывал в статье Как проверить диод мультиметром.

 

Также у P-N перехода есть очень интересное свойство. Его прямое падение напряжения зависит от температуры.

Вот прямое падение напряжения на диоде при обычной комнатной температуре: 554 миллиВольта.

 

 

 

Начинаем жарить Паяльным феном при 200 градусах по Цельсию и смотрим на дисплей мультиметра:

Опа на 392 миллиВольт, а было 554 ...

 

 

А давайте охладим наш диод. Для этого используем морозильную камеру холодильника:

615 миллиВольт...

 

 

Делаем глубокомысленные выводы:

При повышении температуры, прямое падение напряжения на P-N перехода понижается, а при понижении температуры - повышается.  Из Закона Ома вы знаете, что чем меньше сопротивление (а следовательно и падение напряжение на нем), тем лучше течет электрический ток. Может быть, именно поэтому вся современная электроника очень плохо работает на холоде, но прекрасно работает в жаре, потому как почти полностью построена на полупроводниках.

Зависимость сопротивления прямого перехода от температуры, радиолюбители используют даже в своих схемах, например в схеме Умного вентилято ра.

 

 

Далее проведем классический опыт, который описывается во всех учебниках физики. Собираем цепь из Блока питания, лампочки и нашего диода вот по такой схеме (снизу перечеркнутый кружочек - это лампочка).

 

 

 

Теперь собираем эту схемку в реале. Красный щуп - это плюс от блока питания, черный щуп - это минус от блока питания.

Видим, что лампочка  на 12 Вольт загорелась. Это означает, что электрический ток течет через диод как ни в чем не бывало.

 

 

 

Теперь меняем щупы местами и собираем вот по такой схеме:

 

 

 

Собираем схему в реале. Подаем напряжение на щупы

Лампочка не горит. Ну ладно, не переживайте, ведь мы для себя сейчас открыли важнейшее свойство диода, а следовательно и P-N перехода! В одном направлении диод пропускает электрический ток, если подать на его анод плюс, а на катод минус. А если подать на анод минус, а на катод плюс - диод не пропускает электрический ток.

продолжение ------->

<-------- предыдущая статья