Биполярный транзистор. P-N переход
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 в режим прозвонки вот на этот значок : е
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.
Читайте также