Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
2

Какие и в каких случаях применяются полупроводниковые приборы?

Олег2064 [39.8K] 4 месяца назад
3

Полупроводниковые приборы давно вытеснили электронные лампы, которые обладали существенными недостатками. Главными из них были низкая надёжность, высокое потребление энергии, большие габариты. Все это сдерживало создание сложных электронных устройств и комплексов. Электронные приборы на базе полупроводников уже имели малые габариты и вес, высокую надёжность, низкое потребление. К началу 70-х они полностью вытеснили электронно-вакуумные приборы. Полупроводники имеют различия по функциям, числу электронно-дырочных переходов, рвспологающихся между областями полупроводника с проводимостью п-типа и р-типа. Полупроводники разделяются на беспереходные и с переходами- 1,2 и более переходов. 1-Беспереходные приборы нашли применение для изготовления элементов, в которых проводимость зависит от температуры. Это позисторы и термисторы, применяемых для регулирования, измерения температуры, в автоматических цепях. 2- полупроводники, в которых меняется электрическое сопротивление, в зависимости от приложенного напряжения - варисторы. Они применяются в цепях для защиты от перегрузок напряжения, для цепей стабилизации и преобразований. 3- полупроводники- фоторезисторы, их сопротивление изменяется при воздействии света. 4- полупроводники с р-п переходоми- диоды. Нашли широкое применение для выпрямления электрического тока, стабилизаторы - стабилизируют ток и напряжение в электрических цепях, варикапы, в которых изменяется ёмкость в зависимости от приложенного напряжения. 5- полупроводниковые приборы с двумя и более pn- переходами. Это транзисторы- биполярные, полевые, тиристоры - управляемые диоды. 6- интегральные микросхемы, в которых содержатся целые функциональные устройства на основе полупроводников. В одной микросхеме содержатся 10,100,1000 и более элементов в одном корпусе. Микросхемы подразделяются на полупроводниковые и гибридные. Первые формируются в одном кристалле, вторые состоят из кристаллов и внешних элементов.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
mozdok5 [2.5K]
прям статья из википедии..
только про микропроцессоры. однокорпусные эвм. контролеры забыл..
осадочек остался
 4 месяца назад
комментировать
2

Вопрос не очень понятный... Ведь микропроцессор или даже операционный усилитель в теории полупроводниковых приборов не рассматриваются. В теории п/п прибор - это единичная структура. Диод, такой или сякой, транзистор (полевой или биполярный или ещё какой-то), тиристор... ну что-то такое. Всё, что сверх того, даже изготовленное по полупроводниковой технологии, уже не столько прибор, сколько сложная схема, и тут про варианты применения, про "в каких случаях" и про "какие", нужно писать даже не статью в Вики, а серию книжек. Серию. Довольно большую. Потому что тот же микропроцессор радикально отличается от микросхем памяти, а операционник не имеет с ними ничего общего, кроме материала подложки.

Поэтому попробую ответить на вопрос именно с теоретической точки зрения.

И начнём с самых простых приборов, вообще без pn-переходов.

Во-первых, это датчики Холла. Магниточувствительны­е элементы, в которых внешнее магнитное поле вызывает появление разности потенциалов, пропорциональное величине поля и величине протекающего тока. По сути это просто кусочек однородного полупроводника, в котором реализованы условия для проявления силы Лоренца.

Во-вторых, это разного рода резисторы с отрицательным ТКС. Или, в комбинации с резистивными элементами другой природы, с близким к нулю ТКС. Или же терморезисторы с нормированной зависимостью сопротивления от температуры (датчики температуры). Или варисторы.

В-третьих, это фоторезисторы, сопротивление которых зависит от освещённости.

В-четвёртых, это диоды Ганна, которые применяются для генерации СВЧ-колебаний. В них используется явление объёмной неустойчивости. Хоть они и называются диодами, pn-перехода в них нет. Эти элементы делаются не из кремния, а из арсенида галлия.

Теперь усложним структуру и добавим в неё pn-переход. Такая структура называется диодной. Основное свойство этой структуры - способность проводить ток только в одном направлении. Поэтому самое первое применение - выпрямители и детекторы. Исторически это и были самые первые примеры применения твёрдотельных приборов (селеновые выпрямители и кристаллические детекторы О. Лосева). Дальнейшее совершенствование тут шло по повышению быстродействия, уменьшению обратного тока, повышению обратного напряжения и, естессно, по миниатюризации.

Другие применения диодных структур - варикапы (игра на зависимости ёмкости перехода от обратного напряжения), стабилитроны, почти забытые теперь туннельные диоды, фотодиоды и светодиоды. Фотодиоды применяются там же, где и фоторезисторы, только у них на порядки выше быстродействие (зато фоторезисторы дешевле). Как отдельный класс фотодиодов можно выделить солнечные элементы. В основе их лежит тот же внутренний фотоэффект, что и в обычном фотодиоде.

Есть ещё лавинно-пролётные диоды, тоже работающие на обратной ветви ВАХ, как и стабилитроны, но если стабилитроны работают за точкой пробоя, то лавинные диоды - как раз в предпробойной области ВАХ, где за счёт лавинного эффекта можно получить усиление слабого сигнала. Особенно эффективно это используется при регистрации сверхслабых оптических сигналов.

Отдельный класс, в чём-то промежуточный между беспереходными приборами и настоящими диодами, - это диоды Шоттки на переходе металл-полупроводник. Вольт-амперная характеристика такой структуры тоже диодная, т. е. ток через неё течёт только в одном направлении. Плюсы такой структуры - высокое быстродействие, особенно в импульсном режиме, из-за отсутствия эффекта насыщения базы, и пониженное прямое напряжение по сравнению с pn-переходом. Минус, связанный со вторым плюсом, - бóльшие обратные токи. Применяется в основном в быстродействующих схемах (в том числе и в выпрямителях и детекторах) и в цифровой схемотехнике как элемент, предотвращающий насыщение ключевого транзистора, что повышает его быстродействие (ТТЛШ-схемы).

Приборы с двумя pn-переходами - это транзисторы. И тут есть два основных и заметно различающихся по структуре класса - полевые и биполярные транзисторы. Исторически первыми появились биполярные, хотя патент на полевой транзистор был выдан намного раньше, ещё до войны. Принципиальная разница между ними - в природе управляющего сигнала. Биполярные транзисторы управляются током, полевые - напряжением. И основная особенность и тех, и других, которая и сделала транзисторы всепроникающим компонентом любой электронной схемы, - способность усиливать сигнал.

В этом поначалу и состояло главное применение транзисторов - они заменили лампы в усилителях. Сначала низкочастотных, а затем и вообще везде, кроме каких-то совсем невообразимых частот, где всякие ЛБВ, ЛОВ, клистроны и магнетроны применялись ещё очень долго (кое-где и по сей день).

И второе применение транзисторов, также связанное с их свойством усиливать сигнал, - ключевые элементы. Как силовых схем, так и, в первую очередь, логических. И вот тут-то транзисторы и развернулись...

Интересно отметить, что полевые транзисторы с pn-перзходом по своей структуре мало отличаются от диода, потому что в них один pn-переход. Тем не менее это полноценный транзистор, потому что там три электрода, а ток идёт не через переход, а через тело транзистора с однородным типом легирования. Переход же нужен лишь для управления этим током.

Несколько особняком стоят однопереходные транзисторы. Это тоже элементы с одним переходом и тремя электродами, и тоже управляемые через переход, но уже не напряжением, а током. Инжекция носителей через переход модулирует проводимость тела такого транзистора, в результате на его характеристике появляется область с отрицательным динамическим сопротивлением - на чём и основывалось их применение (импульсная техника и генерация СВЧ). Сейчас такие транзисторы уже история...

Дальше у нас приборы с тремя pn-переходами - тиристоры. Особенность такой структуры - возникновение в ней положительной обратной связи, которая поддерживает ток через неё даже при снижении напряжения почти до нуля (до совсем нуля оно, конечно, не падает). Эти устройства пришли на замену газоразрядным приборам - тиратронам. Основное применение тиристоров - силовая электроника. Они способны переключать огромные токи - сотни ампер (например, железнодорожные тиристоры серии ВЛ).

Ну и нельзя не упомянуть полупроводниковые приборы функциональной электроники. Так называется класс приборов, которые невозможно свести к какой-то принципиальной схеме, к комбинации резисторов-конденсаторов-транзисторов. Наиболее характерный и известный представитель этого класса - приборы с зарядовой связью (ПЗС). Их структуру и принцип их функционирования невозможно свести ни к каким обычным схемным элементам, даже к МОП-транзисторам. Как правило, в приборах функциональной электроники используются эффекты динамической неоднородности. В ПЗС эти неоднородности создаются приложенным к электродам структуры переменным напряжением. В приборах с поверхностными акустическими волнами - механическим напряжением, возникающим при распространении вдоль поверхности структуры акустической волны.

Ну как-то так, если коротенько. Что вспомнилось...

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID