半導體器件 - 類型、概述和用途
電子器件應用領域的快速發展和擴大是由於半導體器件所基於的元件基礎的改進......因此，為了理解電子器件的功能過程，有必要了解主要類型的半導體器件的器件和工作原理。
半導體材料 就其電阻率而言，它們處於導體和電介質之間的中間位置。
製造半導體器件的主要材料有矽（Si）、碳化矽（SiC）、鎵和銦的化合物。
半導體電導率 取決於雜質的存在和外部能量影響（溫度、輻射、壓力等）。電流是由兩種類型的載流子引起的——電子和空穴。根據化學成分的不同，可以區分純半導體和雜質半導體。
對於電子設備的生產，使用具有晶體結構的固體半導體。
半導體器件是其操作基於使用半導體材料的特性的器件。
半導體器件的分類
基於連續半導體，半導體電阻器：
線性電阻 - 電阻略微取決於電壓和電流。它是集成電路的一個“元件”。
壓敏電阻 - 電阻取決於施加的電壓。
熱敏電阻 - 電阻取決於溫度。有兩種類型：熱敏電阻（隨著溫度升高，電阻減小）和正敏電阻（隨著溫度升高，電阻增大）。
光敏電阻——電阻取決於光照（輻射）。 Deformer——阻力取決於機械變形。
大多數半導體器件的工作原理基於電子-空穴結 p-n 結特性。
半導體二極管
它是一種具有一個 p-n 結和兩個端子的半導體器件，其操作基於 p-n 結的特性。
p-n結的主要特性是單向傳導——電流只在一個方向流動。二極管的常規圖形名稱 (UGO) 具有箭頭形式，表示電流流過器件的方向。
在結構上，該二極管由封裝在外殼中的 p-n 結（微型模塊開放式框架除外）和兩個端子組成：來自 p 區陽極，來自 n 區陰極。
這些。二極管是一種僅在一個方向上——從陽極到陰極——傳導電流的半導體器件。
通過器件的電流對施加電壓的依賴性稱為電流-電壓特性 (VAC) 器件 I = f (U)。從二極管的 I-V 特性可以明顯看出二極管的單側導通（圖 1）。
圖 1 — 二極管電流-電壓特性
根據用途，半導體二極管分為整流、通用、脈衝、齊納二極管和穩壓器、隧道和反向二極管、LED和光電二極管。
單側導通決定了二極管的整流特性。通過直接連接（«+» 連接到陽極，«-» 連接到陰極），二極管打開並且有足夠大的正向電流流過它。相反（«-» 連接陽極，«+» 連接陰極），二極管閉合，但有小的反向電流流過。
整流二極管設計用於將低頻交流電（通常小於50 kHz）轉換為直流電，即站起來。它們的主要參數是最大允許正向電流Ipr max和最大允許反向電壓Uo6p max。這些參數稱為限制 - 超過它們可以部分或完全禁用設備。
為了增加這些參數，製作了二極管列、節點、矩陣，它們是串並聯、橋接或 p-n 結的其他連接。
通用二極管用於在很寬的頻率範圍內（高達數百兆赫茲）對電流進行整流。這些二極管的參數與整流二極管的參數相同，只是輸入了額外的參數：最大工作頻率 (MHz) 和二極管電容 (pF)。
脈衝二極管是為脈衝信號轉換而設計的，它們用於高速脈衝電路中。對這些二極管的要求與確保設備對所提供電壓的脈衝特性的快速響應有關——二極管從閉合狀態到打開狀態的過渡時間短，反之亦然。
齊納二極管——這些是半導體二極管，其兩端的電壓降幾乎不依賴於電流。它有助於穩定緊張局勢。
Varikapi - 工作原理是基於 p-n 結的特性，當其上的反向電壓值發生變化時，勢壘電容的值也會發生變化。它們用作壓控可變電容器。在這些方案中，變容二極管在相反方向開啟。
LED - 這些是半導體二極管，其原理基於當直流電通過時從 p-n 結髮射光。
光電二極管 - 反向電流取決於 p-n 結的光照。
肖特基二極管 - 基於金屬-半導體結，這就是為什麼它們具有比傳統二極管高得多的響應速率的原因。
圖 2 — 二極管的傳統圖形表示
有關二極管的更多信息，請參見此處：
晶體管
晶體管是一種半導體器件，設計用於放大、生成和轉換電信號，以及開關電路。
晶體管的一個顯著特徵是能夠放大電壓和電流——作用在晶體管輸入端的電壓和電流會導致其輸出端出現明顯更高的電壓和電流。
隨著數字電子和脈衝電路的普及，晶體管的主要特性是它能夠在控制信號的影響下處於打開和關閉狀態。
晶體管的名字來源於兩個英文單詞tran (sfer) (re) sistor-controlled resistor的縮寫。這個名字不是偶然的，因為在施加於晶體管的輸入電壓的作用下，其輸出端之間的電阻可以在很寬的範圍內調節。
晶體管允許您將電路中的電流從零調整到最大值。
三極管的分類：
——按作用原理：場（單極）、雙極、組合。
— 按耗散功率的值：低、中和高。
——按限制頻率的值：低頻、中頻、高頻和超高頻。
——按工作電壓值：低電壓和高電壓。
— 按功能目的：通用、加強、關鍵等。
-在設計方面：採用開放式框架和盒式版本，具有剛性和柔性端子。
根據執行的功能，晶體管可以在三種模式下工作：
1）有源模式——在模擬設備中用來放大電信號，晶體管的阻值從零變為最大值——他們說晶體管“打開”或“關閉”。
2）飽和模式——晶體管的電阻趨於零。在這種情況下，晶體管相當於一個閉合的繼電器觸點。
3）截止模式——三極管閉合，電阻高，即它相當於一個打開的繼電器觸點。
飽和和截止模式用於數字、脈沖和開關電路。
雙極晶體管是一種半導體器件，具有兩個 p-n 結和三個導體，可對電信號進行功率放大。
在雙極晶體管中，電流是由兩種類型的電荷載流子的運動引起的：電子和空穴，這就是它們名稱的由來。
在圖表上，可以用圓圈和沒有圓圈來描繪晶體管（圖 3）。箭頭表示晶體管中電流的流動方向。
圖 3 - 晶體管 n-p-n (a) 和 p-n-p (b) 的傳統圖形符號
晶體管的基礎是半導體板，其中形成了導電類型可變的三個部分——電子和空穴。根據層的交替，可以區分兩種類型的晶體管結構：n-p-n（圖 3，a）和 p-n-p（圖 3，b）。
發射極 (E) — 作為載流子（電子或空穴）來源並在器件上產生電流的層；
集電極 (K) — 接受來自發射極的載流子的層；
基極 (B) — 控制晶體管電流的中間層。
三極管接入電路時，它的一個電極為輸入端（輸入交變信號源導通），另一個為輸出端（負載導通），第三個電極為輸入端和輸出端共用。在大多數情況下，使用共發射極電路（圖 4）。加在基極上的電壓不超過1V，加在集電極上的電壓不超過1V，例如+5V、+12V、+24V等。
圖 4——共發射極雙極晶體管的電路圖
集電極電流只有在基極電流Ib（由Ube決定）流過時才會產生。Ib 越多，Ik 越多。 Ib的單位是mA，集電極電流的單位是幾十、幾百mA，即IbIk。因此，當一個小幅度的交流信號加到基極上時，小的Ib會發生變化，而大的Ic會與之成比例地變化。當電路中包含負載電阻集電極時，將向其分配信號，重複輸入的形狀，但幅度更大，即放大信號。
晶體管的最大允許參數首先包括：集電極上耗散的最大允許功率Pk.max、集電極和發射極之間的電壓Uke.max、集電極電流Ik.max。
為了增加限制參數，生產了晶體管組件，在單個外殼中可以容納多達數百個並聯連接的晶體管。
雙極晶體管現在用的越來越少，特別是在脈衝功率技術中。它們被MOSFET和組合式IGBT所取代，在該電子領域具有無可爭辯的優勢。
在場效應晶體管中，電流由只有一種符號（電子或空穴）的載流子的運動決定。與雙極不同，晶體管電流由改變導電通道橫截面的電場驅動。
由於輸入電路中沒有輸入電流，該電路的功耗幾乎為零，這無疑是場效應管的一個優勢。
在結構上，晶體管由 n 型或 p 型導電溝道組成，在其末端有區域：發射載流子的源極和接受載流子的漏極。用於調整通道橫截面的電極稱為柵極。
場效應晶體管是一種半導體器件，它通過改變導電溝道的橫截面來調節電路中的電流。
存在具有 pn 結形式的柵極和隔離柵極的場效應晶體管。
在半導體溝道和金屬柵極之間具有絕緣柵極的場效應晶體管中，存在電介質絕緣層 - MIS 晶體管（金屬 - 電介質 - 半導體），一種特殊情況 - 氧化矽 - MOS 晶體管。
內置溝道 MOS 晶體管的初始電導在沒有輸入信號 (Uzi = 0) 的情況下約為最大值的一半。在電壓 Uzi = 0 時具有感應溝道的 MOS 晶體管中，輸出電流不存在，Ic = 0，因為最初沒有導電溝道。
具有感應溝道的 MOSFET 也稱為 MOSFET。它們主要用作關鍵元件，例如開關電源。
基於 MOS 晶體管的關鍵元件具有許多優點：信號電路不與控制動作源電連接，控制電路不消耗電流並具有雙面導電性。與雙極晶體管不同，場效應晶體管不怕過熱。
有關晶體管的更多信息，請參見此處：
晶閘管
晶閘管是一種工作在兩種穩定狀態下的半導體器件——低導通（晶閘管閉合）和高導通（晶閘管打開）。在結構上，晶閘管具有三個或更多個 p-n 結和三個輸出。
在晶閘管的設計中，除了陽極和陰極外，還提供了第三個輸出（電極），稱為控制。
晶閘管設計用於電路的非接觸式切換（開和關）。它們的特點是速度快，並且能夠切換非常大的電流（高達 1000 A）。它們正逐漸被開關晶體管所取代。
圖 5 - 常規 - 晶閘管的圖形名稱
Dynistors（雙電極）——與傳統整流器一樣，它們有一個陽極和一個陰極。當正向電壓增加到某個值 Ua = Uon 時，電阻打開。
晶閘管（SCR——三電極）——有一個額外的控制電極； Uin 由流經控制電極的控制電流改變。
要將晶閘管轉換到閉合狀態，必須施加反向電壓（- 到陽極，+ 到陰極）或將正向電流降低到一個稱為 Iuder 保持電流的值以下。
鎖定晶閘管 - 可以通過施加反極性的控制脈沖切換到閉合狀態。
三端雙向可控矽（對稱晶閘管）——雙向傳導電流。
晶閘管在自動化設備和電流轉換器中用作接近開關和可控整流器。在交流和脈衝電流電路中，可以改變晶閘管打開狀態的時間，從而改變電流流過負載的時間。這允許您調整分配給負載的功率。