Фізичні основи електроніки.
Електронні прилади.
Напівпровідникові діоди. Транзистори.
Напівпровідникові діоди –це НП прилади, виготовлені на основі двошарових структур і які використовують властивості p-n переходу.
Широко розповсюджені випрямні діоди,дія яких базується на використанні вентильних властивостей p-n переходу.
Структура та умовне позначення діода, його гідравлічна модель, а також ВАХ потужного випрямного діода наведені на рис.2.3.
Гідравлічний пружинний клапан (вентиль) може слугувати гідравлічною моделлю діода.Клапан має властивість одностороннього пропускання струменю рідини у залежності від напрямку тиску.
Випрямні діоди призначені для випрямлення змінного струму низької частоти.
Основними параметрами випрямних діодів є:
- граничний прямий струм діода І 
- максимально допустиме середнє значення струму через діод у прямому напрямку за визначених умов охолодження, у сучасних діодів І = (0,1 
3200)А;
- максимально допустимий прямий струм діода (імпульсний) І 
становить (10 50) І ;
- прямий спад напруги U , тобто середнє значення напруги на діоді при граничному прямому струмі І , для діодів з кремнію , становить(0,6 1,0) В;
- максимально допустима зворотна напруга U 
, що дорівнює максимально допустимому амплітудному значенню зворотної напруги, яке не призводить до виходу з ладу приладу за визначених умов охолодження, U = (50 10000)В.
Виготовляються випрямні діоди переважно із кремнію ( у перспективі – із арсеніду галію, як більш термостійкого).
Найпростіша схема випрямлення напруги на рис.2.4. Тут діод є автоматичним ключем, замкнений чи розімкнений стан якого визначається полярністю прикладеної до нього напруги.
НП діод, на якому напруга в зоні електричного пробою майже не залежить від струму, називається стабілітроном. Як постає ВАХ (2.5), у зоні пробою напруга на стабілітроні майже не залежить від струму через нього І 
.
Стабілітрони використовують для стабілізації напруги. Щоб запобігти тепловому пробою, їхня конструкція забезпечує ефективне відведення тепла від кристалу.
Основними параметрами стабілітрона є:
- напруга стабілізації U , що становить від 1 до 1000В;
- динамічний опір ділянки стабілізації (характеризує зміну величини напруги на приладі зі змінами струму крізь нього)
R = 
,
що складає від одиниць до десятків Ом;
- мінімальний струм стабілізації І min – мінімальний струм, при якому прилад гарантовано знаходиться в режимі стабілізації – складає одиниці міліампер;
- максимальний струм стабілізації І max – максимально допустимий струм через прилад, досягає (0,02 1,5)А.
Найпростіша схема стабілізації 2.6.
Тунельний діод –це НП прилад,у якого специфічний тунельний ефект призводить до появи на ВАХ при прямій напрузі ділянки негативної провідності – штрихова лінія на 2.7. Там же наведено умовну позначку приладу.
Як робоча використовується пряма гілка ВАХ.
Основні параметри:
- струм піку І 
, що складає (0,1 100)мА;
- відношення струму піку до струму западини 
=(5 20).
Тунельні діоди – швидкодіючі НП прилади, що застосовуються в генераторах високочастотних коливань та швидкодіючих імпульсних перемичках.
Високочастотні діоди призначені для роботи на частотах до сотень мегагерц, де особливе значення відіграє інертність діода, пов’язана з процесами накопичення зарядів у зоні р-п переходу при відкриванні діода та розсмоктування зарядів при його закриванні ( при утворенні р-п переходу, як зони, вільної від рухомих носіїв заряду). Необхідно також враховувати власну ємність діода, як плоскінної структури (шари НП, розділені зоною р-п переходу з великим опором, утворюють паразитний конденсатор). Все це призводить до того ,що зі збільшенням частоти значення прямого і зворотного струмів через діод стають сумірними і він втрачає властивість односторонньої провідності.
Імпульсні діоди використовують як ключьові елементи в імпульсних пристроях. Фактично, це є різновид високочастотних діодів, бо вони також мають малу інерційність, що забезпечує малу тривалість перехідних процесів при замиканні та розмиканні ключа. Кінечне значення часу накопичення носіїв у зоні р-п переходу при переході діода у провідний стан після подачі на нього прямої напруги – при замиканні ключа – призводить до того, що опір ключа від великого значення до малого змінюється миттєво. Наслідком є затягування фронту імпульсу напруги на навантаженні. При наступній різкій подачі на діодний ключ зворотної напруги, за рахунок розсмоктування зарядів із зони р-п переходу, змінюється лише напрямок протікання струму через діод. На навантаженні маємо викид напруги зворотної полярності з амплітудою, що дорівнює амплітуді імпульсу. І тільки через деякий час – час відновлення запірних властивостей – струм спадає до нуля (вірніше – до значення теплового зворотного струму р-п переходу) – ключ розмикається.
Фотодіоди – фотоелектричні прилади з внутрішнім фотоефектом, який полягає в тому, що під дією світлової енергії відбувається іонізація атомів основної речовини та домішки. Як наслідок – струм при зворотному вмиканні зростає.
Світлодіоди – перетворюють енергію електричного поля в нетеплове оптичне випромінювання. При протіканні струму через діод з арсеніду галію рекомбінація носіїв заряду супроводжується не тільки виділенням тепла ,як, наприклад, у кремнієвого діода, а ще й квантів світла.
У варикапа при змінах величини зворотної напруги змінюється ємність, завдяки чому він може застосовуватися, наприклад, для автоматичного налаштування контурів радіоприймача або телевізора на потрібну станцію або канал. Умовні позначки 2.8.
