Стабилитроны. Это диоды, использующие участок вольт-амперной характеристики p-n-перехода соответствующий обратному электрическому пробою. Работу стабилитрона иллюстрирует приведенная схема и вольтамперная характеристика (рис. 4).  

               R_o                                         U_ст                                    I

                                                                                                                  U

  U_вх           I_ст              U_ст     

                                                                                                 

 

                                                                         ΔI_ст

                                                     А                                                     I_ст

               Рис. 4

 

                                                               ΔU_ст 

     Во избежании теплового пробоя  последовательно со стабилитроном всегда включают резистор R_о, ограничивающий ток I_ст, который является обратным током для p-n-структуры стабилитрона.

     Дифференциальное сопротивление  стабилитрона  . Если напряжение U_вх может меняться в обе стороны от своего среднего значения, то точку “А” выбирают на середине вольт-амперной характеристики стабилитрона, причем

     Перейдя  к  приращениям, запишем   ,  а подставив ΔΙ_ст из выражения r_диф ,  получим: ,  откуда   .

При видно, что и стабильность выходного напряжения тем лучше, чем больше отношение .

     Основными параметрами стабилитрона  являются:

                                  U_ст – напряжение стабилизации;

                                  I_ст – минимальный ток стабилизации;

                                  I_{max ст} – максимальный ток стабилизации;

                                  r_диф – дифференциальное сопротивление;

                                  Р_max – максимальная мощность рассеяния;

                                  α_ст – температурный коэффициент стабилизации.

     Выпускаются кремниевые стабилитроны  на напряжение стабилизации от 1,3 до 400 В и на мощности от 250 мВт до 50 Вт.

     Варикапы. Это полупроводниковые диоды, у которых используется барьерная емкость запертого p-n- перехода, зависящая от значения приложенного к варикапу обратного напряжения. Внешнее обратное напряжение, втягивая электроны в глубь n-области, а дырки в глубь p-области, расширяет p-n-переход, и в соответствии с выражением изменяет барьерную емкость от параметра d. Основной характеристикой варикапа является зависимость его емкости от значения обратного напряжения – вольт-фарадная характеристика (рис. 5). 

                                                         С    пФ      
 
 
 

 

       Рис. 5                                        0                                                       U_обр, В

                                                                                                 10В

Основными параметрами варикапов являются номинальная емкость и диапазон ее изменения, а также допустимое обратное напряжение и мощность. Варикапы применяются для электрической настройки колебательных контуров в радиоаппаратуре.

     Туннельные диоды. Так называют диоды, основанные на туннельном эффекте, который наблюдается в p-n-структуре с настолько большим содержанием примесей, что полупроводник приобретает свойства, близкие к металлам.

     Явление, заключающееся в том, что электрон, имеющий энергию, недостаточную для преодоления потенциального барьера p-n- перехода, все же проходит через него, если с другой стороны барьера имеется такой же свободный энергетический уровень, который занимал электрон перед барьером, называют туннельным эффектом.

 Вероятность  туннельного перехода тем выше, чем уже p-n- переход и меньше его потенциальный барьер. В туннельных диодах благодаря высокой концентрации примесей толщина p-n-перехода составляет 0,01мкм, что в десятки раз меньше, чем у диодов других типов, поэтому туннельный эффект в них ярко выражен и приводит к своеобразному виду вольтамперной характеристики (рис. 6).

                                                          I_пр

             +                                                                                          

                U₀                                                           I_п                    А                                   C

                                          R₁                                          

                               I_a    

                        R₂

              +   

            U_вх.                                U_вых. 

                                                             I_в                                    B

                                                

             _                                                   U₁           U_п              U_в           U_pp      U_пр

                                   

                                                    Рис. 6

     Туннельный диод не обладает односторонней проводимостью.

     Основные параметры туннельных  диодов: пиковый ток I_п и напряжение пика U_п; ток впадины I_в и напряжение впадины U_в; напряжение раствора U_рр.

     Падающий участок АВ характеристики диода можно рассматривать как дифференциальное отрицательное сопротивление. На этом свойстве основано применение этих диодов для создания генераторов и переключающих схем.  

                                                          

2. Биполярные транзисторы 

     Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с тремя выводами, имеющий два взаимодействующих электронно-дырочных перехода, которые образованы между тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей различают транзисторы p-n-p- и n-p-n- типов.

     Средняя область называется  базой (Б). Переход, к которому приложено прямое напряжение, называют эмиттерным, а соответствующую наружную область – эмиттером (Э). Другой переход, смещенный в обратном направлении, называют коллекторным, а соответствующую наружную область – коллектором (К). 

                              Ge    n                                            Б       Э    n      p      

                      p                         p 

           Э                                              K                                                               n 

                  I_n                               I_n                                       K

                                                           а)                                                       б)

                       

                                Б                                  

Рис. 7

     При изготовлении транзистора методом вплавления (рис.7а), базой его служит пластинка германия или кремния, например n-типа, на которую с двух сторон наплавляют капли акцепторной примеси, например индия.

В приграничных слоях между германием и индием образуются p-области, представляющие эмиттер и коллектор, расстояние между которыми (толщина базы) очень маленькое.

     Кроме того, концентрация атомов  примеси в области базы должна  быть во много раз ниже, чем  в области эмиттера. Это условие  очень важно для работы транзистора.

     Более совершенным является диффузионный метод изготовления транзисторов, при котором в пластинке кремния n-типа (рис.7б) с помощью фотолитографии формируют базовую и эмиттерную области, коллектором в такой n-p-n-структуре служит исходная пластинка кремния n-типа.

     Рассмотрим принцип действия транзистора на примере p-n-p- структуры. Между базой и эмиттером к транзистору подают прямое напряжение U_бэ, для которого эмиттерный переход открыт и, следовательно, под действием напряжения в доли вольта через него потечет значительный прямой ток эмиттера I_э. 

                   Э         Б         К                                      Э        Б        К

                    p        n         p                                        p         n         p     

      I_э                                          I_к                                                                I_к

                                                                      I_э    

   +                                               _               _                                             +     

                                                                    

   U_бэ                             I _б            +   U_бк       U_бэ                  I_б                 U_бк

  _                                                                +                                             _

               

                    Э                   К                                          Э                К   

                            

                              Б

                                          а)                                              Б                    б) 

Рис. 8

     В транзисторах концентрация носителей в базе во много раз ниже, чем в эмиттере, поэтому ток I_э создается в основном дырками, инжектированными эмиттером в базу.

     Введенные в базу дырки пытаются рекомбинировать со свободными электронами базы, но так как последних мало, а область базы узкая, подавляющее большинство дырок успевает пройти через базу и достигнуть коллекторного p-n-перехода, прежде чем произойдет рекомбинация. Небольшая же часть рекомбинированных дырок создает ток базы I_б (рис.8а).