621
L ••4
Röviden és tömören J.G. Lehmann Diódák és tranzisztorok MÜSZAKI KÖNYVKIADÓ
b t2 1
L~~ JOHANNES
DIÓDÁK RÖVIDEN
G. LEHMANN
ÉS TRANZISZTOROK ÉS TÖMÖREN
r
1
?
JOHANNES
G. LEHMANN
DIÓDÁK ÉS TRANZISZTOROK .:
kuulos
RÖVIDEN
ÉS TÖMÖREN
~MŰSZAKI "BUDAPEST,1975.
KÖNYVKIADÓ
A könyv eredeti címe: Dioden und Transistoren - kurz und bündig Vogel-Verlag, Würzburg (NSZK)
©
1969, Vogel-Verlag. Würzburg (NSZK)
Magyar fordítás:
©
Műszaki Könyvkiadó,
Budapest, 1971.
Fordította: Szabó György okI. gépészmérnök
Szakmailag ellenőrizte: Bán György okI. viIlamosmérnök
~f I
ETO: 621.382.2/3 ISBN
~
••
"
9631007189
Felelős kiadó: Solt Sándor igazgató Felelős szerkesztő: Nozdroviczky László hírtechn.
111.
.
ELŐSZÓ
A félvezetők technikája az utóbbi két évtizedben igen gyors ütemben fejlődött. A híradástechnikában, az adatfeldolgozásban, a mérőkészülékekben, az irányítástechnikai berendezésekben és más rokon területeken is egyre nagyobb mértékben használják fel a félvezető alkatrészek legkülönbözőbb fajtáit. Ez a könyv a diákok és a gyakorlatban tevékenykedő technikusok és mérnökök részére készült, és rövid bevezetést ad a mai félvezető-alkatrészek felépítésének, működésének és tulajdonságainak megértéséhez, hogy egyúttal megkönynyítse a további szakirodalom olvasását. A fizikai alapokat leegyszerűsítve és csak a megértéshez szükséges rnértékben tárgyaljuk. Különösen nagy gondot fordítottunk a jelleggörbék és a jellemző adatok ismertetésére. A fontosabb műszaki alkalmazásokat mindenhol megemlítjük és példákkal illusztráljuk. A váltakozóáramok vonatkozásában h paramétereket és y paramétereket tartalmazó négypólusegyenletek felhasználásával írjuk le a tranzisztorok viselkedését. Több négypólus összekapcsolásának számításához a függelékben további négypólusegyenleteket is közlünk. A négypólusok számítása egyszerű és áttekinthető volta miatt a gyakorlatban is hasznos segédeszköznek bizonyul. A befejezésül ismertetett térvezérlésű tranzisztorok és integrált áramkörök már nagy jelentőségre tettek szert, jóllehet még csak a kezdeti fejlesztési stádiumban vannak. A képletek írásmódját a Függelék 4.1. pontjában magyarázzuk meg. Wuppertal-Barmen J. Lehmann
5
TARTALOMJEGYZÉK
Előszó
5
1. A tiszta és a szennyezett félvezetők vezetőképessége 9 1.1. Bevezetés 9 1.2. A fémek vezetőképessége 10 1.3. A tiszta félvezetők vezetési mechanizmusa (sajátvezetés) 11 1.4 A szennyezett félvezetők vezetési mechanizmusa 14 1.4.1. Öt vegyértékű idegen atomok 15 1.4.2. Három vegyértékű idegen atomok 17 1.4.3. A dotált félvezetők elektromos ellenállása 18 1.5. Tiszta vagy szennyezett homogén félvezetőkből gyártott alkatrészek 18 1.5.1. Termisztorok (negatív hőmérsékleti tényezőjű ellenállások) 18 1.5.1.1. Mérésre és kompenzálásra alkalmas termisztorok (külső hatással melegített termisztorok) 19 1.5.1.2. Indítótermisztorok (saját árammal melegített termisztorok) 20 1.5.1.3. Szabályozótermisztorok 21 1.5.1.4. Fűtött termisztorok 21 1.5.2. Fotoellenállások 22 1.5.3. Hall-generátotok 23 1.5.4. Térerősségmérő lemezek 25 1.5.5. Pozitív hőmérsékleti tényezőjű ellenállás ok 26 1.5.6. Feszültségfüggő ellenállások (varisztorok) 27 2. Félvezető diódák
29
2.1. Ap - n átmenet külső feszültség nélkül 29 2.2. Ap - n átmenet külső feszültséggel 31 2.2.1. A külső feszültség az áteresztési irányban hat 31 2.2.2. Ap - n átmenet záróirányú külső feszültséggel 32
2.2.3. Ap-n átmenet teljesjelleggörbéje 2.2.4. A félvezető diódák veszteségi teljesítménye 36
34
2.3. A félvezető diódák gyakorlati kivitelezése 38 2.3.1. Egyenirányító ménydiódák)
cellák 38
(teljesít-
2.3.1.1. Egyfázisú egyenirányítók
40
2.3.1.1.1. 2.3.1.1.2. 2.3.1.1.3. 2.3.1.1.4.
Egyutas egyenirányítás 40 Középleágazásos kapcsolás 41 Hídkapcsolás (Graetz-kapcsolás) 42 Feszültség kétszerező egyenirányító kapcsolás (Greinacherkapcsolás) 44 2.3.1.2. Háromfázisú egyenirányító kapcsolások 44 2.3.1.2.1. Csillagkapcsolás 44 2.3.1.2.2. Háromfázisú hídkapcsolás 45
2.3.2. 2.3.3. 2.3.4. 2.3.5.
Nagyfrekvenciás diódák (jeldiódák) Kapcsolódiódák 50 Kapacitásdiódák (varaktorok) 51 Alagútdiódák (Esaki-diódák) 53
2.3.5.1. Megfordított
(backward) diódák
2.3.6. Gunn-diódák 2.3.7. Zener-diódák
56
56 57
2.3.7.1. Az egyenfeszültség stabilizálása Zener-díódával 2.3.8. Négyrétegű cellák 60 2.3.8.1. Négyrétegű diódák 2.3.8.2. Négyrétegű triódák 2.3.9. Fotodiódák 65 3. Tranzisztorok
47
59 60 62
67
3.1. Síkszerű p - n - p átmenet (rétegtranzisztor) 67 3.2. A tranzisztor
három alapkapcsolása
3.2.1. A báziskapcsolás
70
70
3.2.1.1. Jelleggörbék és jellemző adatok
70
7
3.2.1.2. A báziskapcsolású tranzisztor mint erősítő 75 3.2.2. Az emitterkapcsolás 80 3.2.2.1. Jelleggörbék és jellem ző adatok 80 3.2.2.2. Az emitterkapcsolású tranzisztor mint erősítő 83 3.2.3. Akollektorkapcsolás 85 3.2.3.1. Jellemző adatok 85 3.2.3.2. A kollektorkapcsolású tranzisztor mint erősítő 87 3.2.4. A három alapkapcsolás összehasonlítása 90 3.2.5. A tranzisztor maradékáramai 90 3.2.6. A tranzisztorok zaja 91 3.3. A munkapont megállapítása és stabilizálása 93 3.3.1. A munkapont megállapítása 93 3.3.2. A munkapont stabilizálása 95 3.3.2.1. A munkapont stabilizálása az egyenáram ellencsatolásával 95 3.3.2.2. A munkapont stabilizálása egyenfeszültség ellencsatolásával 96 3.3.2.3. A munkapont stabilizálása hőmérsékletfüggő ellenállást tartalmazó feszültségosztó val 97 3.4. A tranzisztor mint négypólus
98
3.4.1. A h paramétereket tartalmazó négypólusegyenletek 99 3.4.2. A kisfrekvenciás tranzisztoros erősítőfokozatok üzemi jellernzöínek meghatározása a h paramétereket tartalmazó négypólusegyenletek alapján 101 3.4.3. Az y paramétereket tartalmazó négypólusegyenletek 103 3.4.4. Az üzemi jellemzők kifejezése az y paraméterekkel 105 3.4.5. A tra~zisztorok jelátviteli helyettesítő kapcsolásai 106 3.4.5.1. Formális helyettesítő I kapcsolások 106 3.4.5.2. Funkcionális helyettesítő kapcsolások 107
3.5. A fontosabb tranzisztorfajták (alkalmazási példákkal) 110
1. A TISZ~ FÉLVE2
3.5.1. Kisfrekvenciás tranzisztorok 110 3.5.2. Nagyfrekvenciás tranzisztorok 118 3.5.3. Kapcsolótranzisztorok 126 3.6. A továbbfejlesztés eredményei 129 3.6.1. Egyátmenetes tranzisztorok (Unijunction transistors, UJT) 129 3.6.2. Térvezérlésű tranzisztorok (FET) 130 3.6.2.1. Záróréteges térvezérlésű tranzisztorok (PNFET) 131 3.6.2."2. Szigetelőréteges térvezérlésű tranzisztorok (IG-FET) (szigetelt kanuelektródás térvezérlésű tranzisztorok) 134 3.6.2.3. Vékonyréteges térvezérlésű tranzisztorok (TFT) 137 3.6.2.4. Az eredeti (bipoláris) és a térvezérlésű tranzisztorok összehasonlítása 138 3.6.3. Integrált áramkörök 138 4. Fűggelék
142
4.1. A jelölések Írásmódja 142 4.1.1. Az áram, a feszültség és a teljesítmény jelölése (az 1968 márciusi DIN 41 785 szabványtervezet szerint) 142 4.1.2. Az ellenállás, a vezérlés, a kapacitásés a négypólusokat jellemző együtthatók jelölése 143 4.2. A félvezető alkatrészek rajzjelei 143 4.3. A félvezető alkatrészek jelölésrendszere 144 4.3.1. Különálló alkatrészek 144 4.3.2. Az integrált áramkörök jelölésrendszere 145 4.4. Táblázatos összeállítások a négypólusok számításához 146 4.4.1. A négypólusegyenletek ésparamétereik 146 4.4.2. A négypólusok paramétereinek átszámítása 148 4.4.3. Két négypólus összekapcsolása 149 4.5. Irodalom
ISI
1.1.
BEVEZE'
A szilárd halmazálls egyesek (az elektro nagyon jól vezetik viszont (a szigetelős áItalán nem vezetne} jában elsősorban a I tásba. A fémek azé az áramot, mert nag) kony elektron van be 1. az 1.2. pontban). Az elektrotechniká lárd halmazállapotú j tartozik például a esi ceIán, az itatott papí a selyem, a kerném merizálással előállítot lisztirol). Ezek az al gyon kevés mozgékc maznak.
A vezetők és a szig foglalnak helyet veze az ún. félvezetők. Al elektronoezetésű félve mozgékony elektronc juk sokkal nagyobb anyagokban, viszont a vezetőkben. A j szennyezőanyagok be mértékben lehet befolvezetésű félvezetők k mániumot, a sziIícium d us os rendszerének I csoportjába tartozó vegyületeit (az ún. AlI és a fém-oxidoknak ját, I
Az elektronvezetést ionuezetésű félvezetők biakban, amint a nev
s
4.5. IRODALOM
A Műszaki Könyvkiadó
eddig megjelent, témába vágó kiadványai: Bán Gy.: Tranzisztorok rádiótechnikai alkalmazása, 1966.
Dummer-Granville: Miniatűr és mikrominiatűr elektronika, 1966. Fialla-Almind: Tranzisztorok a gyakorlatban, 1969. Gentile, S. P.: Tunneldiódák, 1965. Geraszimov- M igulin-Jakovljev: Félvezetős erősítők és oszcil1átorok számítása, 1964.
Giriat-Rauluszkiewicz: A hallotron, 1965. Keonjian, E.: Mikroelektronika, 1968. Kiver, M.: Tranzisztorok, 1965.
Magyari B.: Diodaatlasz, 1969. Magyari B.: Tranzisztoratlasz, 1970. Rothfuss. H.: Tranzisztorok mérése, 1964. Sevin, J. L.: Térvezérlésű tranzisztorok, 1969.
Surina. T.: Tranzisztortechnika, 1968. Tarnai K.: Tunneldiódás impulzustechnikai áramkörök, 1968. Telefunken: A tranzisztor, 1964. Telefunken: A tranzisztor, 100 kHz ... 100 MHz, 1967. Towers, T. D.: Tranzisztoros impulzustechnikai áramkörök, 1968. Walston-Miller; Tranzisztoros áramkörök tervezése, 1967.
151
NAGY TELJESITMENYO DIFFÜZIOS
SZILlCIUMDIODAK
Az 'ol!óbbi 'i'sme,ntet,ő a korszerű félvezetős elemek hOlZOilog ikifejlesztett portjálllÓl" IOZ SDB ,típusjelű diódól~róI ad tá,jélkoz'klitá~t.
esc-
Erek az egY'enli,rányí.tó elemeli< szemben IO'Z eddigli ötvözéses eliá,rá~sol készült egyenilrá,n'Yí~ eLemelkl~el Ik'edvezőb'b vi,loIiOllnOSjeMemzőkkel, nlOgyobb megbílZlhOltÓlsá9'gall 'rend\;l!k'e2lnleik, így feHlolSlZlná'llási lehetőséqük ls ,kírerjedrebb. A diffú2Iió's diiódáik n'o9yoljb óromeerhelésre, ,n'OgYlObb zörófeszüírséqre készülnek és mogo;sobb hőmérs-éldet-'hot!Ó'rokig hosmó,lthotÓlk.
A tipusjelölések magyarázato: 5 -,s2IiHoium egY'kni's~,Ó'lyfellhmz,nblásóvo'l
Tipusok: SÜ850 SDB-l00 SDB-250
D -- dióda B -á,nolmvezető 50, 100, 250 -
Zá,rófeszülltségosz1;Ólly VRRIM 'i~métJlődő
2
osúcszórófeszüttséq eV) VRlSM nem ismétlődő csúcszőrófeszültséq
IFAVM IFSM i2t
(V)
~Iiltzeo '~oltód ,tolrtós ho~á,nálrOlm (A) 6
8
10
12
14
16
18
20
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 230 460 700 930 1160 1400 16eO 1860 20802,320
Toneós ho,tó'rá ram Lökőónorn hotó rérték t = 10 ImS, Itj = 140 "C HOlbá'rbenhe!é~i integrÓII ~ = 10 ms, Itj = 140°C
vF
L'eg,n'ogyobb IOyiltói,rónyú reszü'lltség tj = 25 "C
'jR
Leg,l1IOgyobb rolróiró",yú q=140°C vR=VRRM
Hotórfre kvencio R(th)JC
4
készül
Belső hŐelII11enÓlMós OlJemli hőmérséklet
:SDB-250
SDB-50
SDB-lOO
50 A
100 A
250 A
1400 A
2200 A
5300 A
9800 A2s 1,5 V
24200
A1,s
1,6 V
140000
A2s
1,6 V
órorn 20 mA
20 mA
500 Hz ~O,58°C'W -40 ... +140
20 mA
500 Hz LO,28 OC/W
=c
,500 Hl:
LO,15OCW
-40 ... +140 oC
-40 ... +140 oC
=c
-40 ... +140 oC
RlO1kitálooro.sri hőmérséklet
-40 ... +140 oC
-40, ..+140
Díódo ;súlyiO
IkJb. 200 9 5x9,81 m/Js2
Ikb. 200 9
,kb. 500 9
5x9,81 m/s2 280 I~p
5x9,81 m,"s2
~ázáls'áj,i,ósó'g f = 50 Hz Leszorítósi erő
280 kp
Az SO B di ód áikfellrhCls2Ináll,álsá'hoz s2Ialkitoináasodálssoll kés~re9'g,el á,U itiiszitelit vevőirtk rendelkezésére.
Gyártja: VBKM ANCD GY ARA Budapest XI., Budafoki út 183. Levélcím: 1502 Bp. Pf. 12. Telefon : 253-030, 452-959 Telex: 22-5524
550 kp
éntélkesí,t)ésli osztó Iyu nk
Forgalmazza: VILL!:RT 94. sz. Bolt 1075 Budapest VII., Madách 1. út 9. Telefon : 226-871
Érdekli a sztereótechnika? Kitűnő készülékeket
ajánl unk!
MK-43 típusú tape-deck, NZC-140 (2x9 W) lemezjátszó és különböző hangdobozok csatlakoztatásával HI-Fl zenei rnűsorokat lehet rögzíteni és visszajátszani. Keresse fel a szaküzleteket és az áruházak műszaki osztályait!
Műszaki vezető: Hegedűs Ernő Műszaki szerkesztő: Mózer István Formátum: B/5 - Ívterjcdelern: 13,25 A/5 Példányszám: 8900 - Papír: 75 g-os famentes irodai Betűtipus és fokozat: Times mono, garmond/garmond Azonossági szám: 60731 MU: 2103-i-7578 75-10783 - Borsodi Nyomda
Ára: 23,- Ft
MŰSZAKI KÖNYVKIADÓ
