Το εξαρτημα: λυχνία κενου

Γενικά

Σήμερα οι λυχνίες έχουν περάσει στο περιθώριο. Όμως ποτέ δεν πρόκειται να εκλείψουν από το προσκήνιο της ηλεκτρονικής. Κι αυτό γιατί στις διατάξεις πομπών ραδιοφωνίας - τηλεόρασης μεγάλης ισχύος, κανένα τρανζίστορ δεν μπορεί να δώσει υψηλή ισχύ όπως 500KW.

Οι λυχνίες γενικά περιέχουν: την κάθοδο που προορίζεται για να εκπέμπει ηλεκτρόνια, την άνοδο που προορίζεται για τη συγκέντρωση των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο και ένα ή περισσότερα πλέγματα που σκοπό έχουν να ρυθμίζουν την ροή των ηλεκτρονίων. Φυσικά περιέχουν και τα νήματα θέρμανσης, που η δουλειά τους είναι να ζεσταίνουν την κάθοδο για να μπορεί να εκπέμψει ηλεκτρόνια.

Κάθοδοι - νήματα

Ανάλογα με τον τρόπο θέρμανσης της καθόδου, οι ηλεκτρονικές λυχνίες διακρίνονται άμεσης θέρμανσης όπου το νήμα παίζει το ρόλο της καθόδου και τις λυχνίες έμμεσης θέρμανσης όπου το νήμα είναι ξεχωριστό αλλά βρίσκεται στο εσωτερικό της καθόδου.

Οι κάθοδοι έμμεσης θέρμανσης έχουν την μορφή σωλήνα που στο εσωτερικό του τοποθετείται το νήμα θέρμανσης, χωρίς να έχει καμία ηλεκτρική επαφή με την κάθοδο. Το νήμα κατασκευάζεται από λεπτό σύρμα βολφραμίου που είναι διπλό, έτσι ώστε το αναπτυσσόμενο γύρω από αυτό μαγνητικό πεδίο να είναι μηδέν. Το νήμα πρέπει να τροφοδοτείται με συγκεκριμένη τάση και να μην υπερβαίνει την τιμή ασφαλείας διότι το νήμα θα καεί από το υπερβολικό ρεύμα.

Οι κάθοδοι έμμεσης θέρμανσης κατασκευάζονται από βολφράμιο, θοριωμένο βολφράμιο και ορισμένα οξείδια σπάνιων γαιών. Καθόδους από βολφράμιο έχουν οι λυχνίες που εργάζονται με δυναμικά ανόδου πάνω από 5000V συγκεκριμένα οι λύχνίες εκπομπής, για να αντιμετωπιστεί ο βορβαρδισμός της καθόδου από θετικά ιόντα.

Πολύ περισσότερο ηλεκτρονικό ρεύμα δίνουν οι κάθοδοι από θοριωμένο βολφράμιο. Αποτελούνται κυρίως από βολφράμιο, στο οποίο έχουν αναμιχθεί οξείδια του θορίου και άνθρακα. Τους 1000^οC μια τέτοια κάθοδος δίνει τόσο ηλεκτρικό ρεύμα, όσο θα έδινε μια κάθοδος από βολφράμιο στους 2700⁰C. Οι λυχνίες με τέτοια κάθοδο εργάζονται με δυναμικά ανόδου 750 - 5000V.

Η καλύτερη πηγή εκπομπής ηλεκτρονίων είναι οι κάθοδοι που κατασκευάζονται από ένα σωλήνα νικελίου σκεπασμένο εξωτερικά με οξείδια βαρίου και στροντίου. Τα δυναμικά ανόδου σ' αυτές τις λυχνίες είναι συνήθως κάτω των 750V.

Οι κάθοδοι άμεσου θέρμανσης κατασκευάζονται συνήθως από βολφράμιο, είναι οικονομικές και θερμαίνονται γρήγορα. Χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικές συσκευές που τροφοδοτούνται από συσσωρευτές. Η θέρμανση των καθόδων αυτών γίνεται με σταθερό συνεχές ρεύμα για να έχουμε σταθερή θερμιονική εκπομπή.

Άνοδοι

Οι άνοδοι είναι μεταλλικοί κύλινδροι που περιλαμβάνουν την κάθοδο και τα υπόλοιπα ηλεκτρόδια της λυχνίας. Κατασκευάζονται από φύλλα νικελίου και σιδήρου όσο αφορά τις λυχνίες λήψης και με ταντάλιο, μολυβδαίνιο ή κράμα άνθρακα στις λυχνίες εκπομπής.

Στις ανόδους αναπτύσσεται θερμότητα εξαιτίας του βομβαρδισμού τους με ηλεκτρόνια από την κάθοδο. Γι' αυτό παίρνουν τέτοια σχήματα, ώστε να απάγεται εύκολα η θερμότητα. Πολλές φορές για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ειδικά συστήματα ψήξης με την κυκλοφορία αέρα ή νερού.

Πλέγματα

Τα πλέγματα μιας λυχνίας έχουν πράγματι την μορφή πλεγμάτων που περιβάλλουν την κάθοδο. Είναι κατασκευασμένα από μολυβδαίνιο και έχουν σταθερό βήμα περιέλιξης, ορισμένη απόσταση από την κάθοδο και στερεώνονται σε στύλους από νικέλιο ή επινικελωμένο χαλκό. Όταν το βήμα της περιέλιξης του πλέγματος είναι μικρό τότε ο συντελεστής ενίσχυσης γίνεται μεγάλος. Στις λυχνίες εξόδου ακουστικών συχνοτήτων το πλέγμα έχει ελλειπτική τομή γιατί έτσι εξασφαλίζεται μεγαλύτερη μηχανική αντοχή και ομοιόμορφη κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στη λυχνία.

Κατά την λειτουργία των λυχνιών εκτός από την δευτερογενή εκπομπή ηλεκτρονίων της ανόδου έχουμε και δευτερογενή εκπομπή ηλεκτρονίων που προέρχονται από το γυάλινο περίβλημα της λυχνίας. Ένας ορισμένος αριθμός ηλεκτρονίων φεύγει από την πορεία του προς την άνοδο και προσπίπτει στην επιφάνεια του γυαλιού από την οποία αποσπά μεγαλύτερο αριθμό ηλεκτρονίων. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το γυάλινο περίβλημα να γίνεται συνέχεια θετικότερο, λόγω έλλειψης ηλεκτρονίων, με κίνδυνο την ανάπτυξη υψηλών τάσεων μεταξύ αυτού και των ηλεκτροδίων της λυχνίας.

Το φαινόμενο τούτο αποφεύγεται καλύπτοντας ένα μέρος του γυάλινου περιβλήματος της λυχνίας με επίχρισμα από άνθρακα. Ο άνθρακας μειώνει την δευτερογενή εκπομπή και αποφεύγεται έτσι η φόρτιση του γυαλιού, δίνει δε την εντύπωση ότι υπάρχει καπνιά στην εσωτερική επιφάνεια του γυαλιού.

Για την ομαλή κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στη λυχνία απαιτείται η δέσμευση και των ελάχιστων μορίων αέρα που έχουν απομείνει μετά την αφαίρεση του, για να σχηματισθεί το κενό. Για να επιτευχθεί αυτό τοποθετούνται κοντά στη βάση της λυχνίας άλατα μαγνησίου ή άλλων μετάλλων. Τα άλατα αυτά δημιουργούν στην εσωτερική επιφάνεια του γυαλιού μεταλλική επίστρωση που μοιάζει σαν καθρέπτης.

Κατάταξη και χρήσεις λυχνιών

Τις λυχνίες τις κατατάσσουμε ανάλογα με τον αριθμό των ηλεκτροδίων τους σε:

Δίοδες: Η δίοδος λυχνία έχει δυο ηλεκτρόδια, την κάθοδο και την άνοδο. Μπορεί να είναι απλή δίοδος ή διπλοδίοδος. Χρησιμοποιείται σαν φωράτρια για ασθενή ρεύματα υψηλής συχνότητας, οπότε έχει και μικρό μέγεθος και σαν ανορθώτρια, για ανόρθωση απλή ή διπλή εναλλασσόμενου ρεύματος και έχει μεγάλο μέγεθος.

Τρίοδες: Η τρίοδος έχει τρία ηλεκτρόδια την κάθοδο, την άνοδο και το πλέγμα. Χρησιμοποιείται για ενίσχυση τάσης και ισχύος ακουστικών συχνοτήτων και ενίσχυση ισχύος RF. Χρησιμοποιούνται επίσης στα κυκλώματα ταλάντωσης και μίξης στους παλαιού τύπου τηλεοράσεων.

Τέτροδες: Η τέτροδος έχει τέσσερα ηλεκτρόδια, την κάθοδο την άνοδο, το οδηγό πλέγμα και το προστατευτικό πλέγμα. Είναι οι λιγότερο χρησιμοποιούμενες λυχνίες λόγω του φαινομένου της δευτερογενούς εκπομπής.

Πέντοδες: Είναι οι περισσότερο χρησιμοποιούμενες λυχνίες και περιλαμβάνουντα ηλεκτρόδια της τέτροδης με ακόμα το ανασταλτικό πλέγμα. Χρησιμοποιούνται σε όλες τις βαθμίδες ενίσχυσης.

Λυχνίες κατευθυνόμενης δέσμης: Οι λυχνίες αυτές είναι τετραοδικές ή πεντοδικές και έχουν καλύτερη αποδοτικότητα από τις απλές αντίστοιχες τους. Είναι εφοδιασμένες με δυο πλάκες για το σχηματισμό δέσμης και οι πλάκες αυτές συνδέονται με την κάθοδο. Τα διάκενα των πλεγμάτων τοποθετούνται όχι τυχαία αλλά απέναντι το ένα από το άλλο για να προσκρούουν όσο το δυνατό λιγότερα ηλεκτρόνια σ' αυτά, μ' αποτέλεσμα να έχουμε αύξηση του ανοδικού ρεύματος. Χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ενίσχυσης.

Συμβολισμός λυχνιών

Τεχνολογία εξαρτήματος: τρανζίστορ

Γενικά για το τρανζίστορ

Το τρανζίστορ ανακαλύφθηκε το 1948 από τους J. Bardeen και W. Brattain στα εργαστήρια της αμερικάνικης εταιρείας τηλεπικοινωνιών Bell. To 1956 αυτοί μαζί με τον συνεργάτη τους W. Shockley που διατύπωσε την θεωρία του τρανζίστορ επαφής, τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel. Πράγματι, το τρανζίστορ είναι μια επαναστατική εφεύρεση, που έχει αλλάξει τον τρόπο ζωής μας, αφού είναι το βασικό δομικό κομμάτι των ηλεκτρονικών συσκευών που κυκλοφορούν σήμερα, από τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, τα κινητά έως τους ραδιοτηλεοπτικούς δέκτες.

Το διπολικό τρανζίστορ επαφής BJT

Το τρανζίστορ BJT αποτελείται από τρεις περιοχές ημιαγωγών τύπου Ν και τύπου P εναλλάξ. Προκύπτουν δυο συνδιασμοί το τρανζίστορ ΝΡΝ και το ΡΝΡ. Αυτός ο τύπος τρανζίστορ, αποτελείται από τον εκπομπό στο ένα άκρο του, που είναι ένας ημιαγωγός έντονα εμπλουτισμένος, που έχει την ιδιότητα να εκπέμπει φορείς προς τη βάση που αποτελεί το ενδιάμεσο τμήμα. Η βάση για το λόγο ότι είναι λεπτή και λιγότερο εμπλουτισμένη διαχέει τους φορείς που προέρχονται από τον εκπομπό προς το συλλέκτη, που αποτελεί το άλλο άκρο του τρανζίστορ.

Στην κανονική λειτουργία του τρανζίστορ η επαφή του εκπομπού είναι ορθά πολωμένη ενώ η επαφή του συλλέκτη είναι ανάστροφα πολωμένη. Στη λειτουργία του τρανζίστορ, μια μικρή μεταβολή στο ρεύμα βάσης προκαλεί μια μεγάλη μεταβολή στο ρεύμα συλλέκτη και έτσι προκύπτει η ενισχυτική δράση του τρανζίστορ. Μια χαρακτηριστική παράμετρος του τρανζίστορ είναι το βήτα β για την οποία ισχύει  Ι_C =βI_B , όπου Ι_C είναι το ρεύμα συλλέκτη και Ι_Β το ρεύμα της βάσης.

Το τρανζίστορ κατασκευάζεται σε διάφορους τύπους ανάλογα το υλικό κατασκευής π.χ. γερμάνιο παλαιότερα ή πυρίτιο, σαν τρανζίστορ γενικής χρήσης ή σαν τρανζίστορ ισχύος, επίσης ορισμένοι τύποι κατασκευάζονται για να λειτουργούν στις υψηλές συχνότητες. Το τρανζίστορ κατασκευάζεται με διάφορους μεθόδους π.χ. τρανζίστορ ανάπτυξης, κράματος, planar, epitaxial κ.τ.λ. και περικλείεται σε διάφορες συσκευασίες.

Κατασκευή των τρανζίστορ

Μέθοδος ανάπτυξης

Ένα κομμάτι κρυστάλλου καθαρού ημιαγωγού πυριτίου, βυθίζεται σε τήγμα ημιαγωγού με προσμίξεις. Στη συνέχεια αυτό το κομμάτι περιστρέφεται ενώ ταυτόχρονα ανυψώνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να ανυψώνει και υλικό του λιωμένου ημιαγωγού που στερεοποιείται καθώς ψύχεται. Στη συνέχεια αφού λειανθεί το κάτω μέρος ο κρύσταλλος βυθίζεται και πάλι σε τήγμα ημιαγωγού αντίθετου τύπου. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς ώσπου να δημιουργηθεί ένας κύλινδρος ημιαγωγού με διαδοχικές περιοχές P και Ν. Στο τέλος ο κρύσταλλος τεμαχίζεται σε κομμάτια NPN ή PNP. Έπειτα συγκολλούνται οι ακροδέκτες σε κάθε κομμάτι και τοποθετούνται σε θήκη όπου αναγράφονται τα στοιχεία του τρανζίστορ.

Μέθοδος κράματος

Πάνω στις δυο απέναντι πλευρές μιας λεπτής πλάκας ημιαγωγού τύπου Ν, τοποθετείται μικρή ποσότητα από κράμα τρισθενούς στοιχείου. Η διάταξη αυτή θερμαίνεται στους 600^ο C. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το κράμα τρισθενούς στοιχείου να εισχωρήσει στη μάζα της λεπτής πλάκας σχηματίζοντας τμήμα ημιαγωγού τύπου Ρ. Στη συνέχεια η διάταξη ψύχεται ενώ ταυτόχρονα στερεώνονται οι ακροδέκτες.

Μέθοδος Plannar

Η μέθοδος Planar είναι η επικρατούσα μέθοδος για την παραγωγή τρανζίστορ καθώς και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Λεπτό στρώμα ημιαγωγού πυριτίου τύπου Ν τοποθετείται σε φούρνο θερμοκρασίας 1200^ο C ενώ ταυτόχρονα διαβιβάζεται οξυγόνο ή υδρατμοί. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να οξειδωθεί το πυρίτιο και να δημιουργηθεί στην επιφάνεια του διοξείδιο του πυριτίου SiO₂ που είναι άριστο μονωτικό (σχήμα 1).

Στη συνέχεια τοποθετείται με φωτοχημική μέθοδο μάσκα προστασίας πάνω στην επιφάνεια SiO₂ (σχήμα 2). Το τμήμα του οξειδίου SiO₂ που έχει μείνει ακάλυπτο από τη μάσκα αφαιρείται με ειδική χημική επεξεργασία με οξέα (σχήμα 3). Η αφαίρεση επιλεκτικών τμημάτων οξειδίου SiO₂ με τοποθέτηση μάσκας και χρήση οξέων ονομάζεται φωτολιθογραφική μέθοδος.

Στη συνέχεια, στο τμήμα που έχει αφαιρεθεί το SiO₂ διαχέονται προσμίξεις τρισθενών στοιχείων και έτσι δημιουργείται μια περιοχή τύπου Ρ (σχήμα 4).

Έπειτα η διάταξη τοποθετείται σε φούρνο ενώ ταυτόχρονα διαβιβάζεται ταυτόχρονα οξυγόνο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να καλυφθεί η περιοχή Ρ με ένα λεπτό στρώμα οξειδίου SiO₂ (σχήμα5). Αμέσως μετά αφαιρείται με τη βοήθεια καινούργια μάσκας τμήμα του οξειδίου SiO₂ και διαχέεται στο ακάλυπτο τμήμα πεντασθενείς προσμίξεις που σχηματίζουν μια περιοχή τύπου Ν (σχήμα 7).

Στην συνέχεια δημιουργούνται ανοίγματα στο οξείδιο SiO₂ που βρίσκονται πάνω από τα τμήματα του συλλέκτη, της βάσης και του εκπομπού και τοποθετούνται ακροδέκτες από αλουμίνιο (σχήμα 8).

Η μέθοδος Epitaxial

Η παραγωγή τρανζίστορ με τη μέθοδο epitaxial είναι όμοια με τη μέθοδο plannar με τη διαφορά ότι τα τρανζίστορ κατασκευάζονται πάνω σε λεπτή πλάκα (υπόστρωμα) ημιαγωγού με μεγάλη πυκνότητα προσμίξεων τύπου Ν.

Το τρανζίστορ MOSFET

Η λειτουργία του τρανζίστορ MOSFET βασίζεται στη δημιουργία ενός καναλιού συνήθως Ν στα άκρα του οποίου είναι συνδεμένοι οι ακροδέκτες της πηγής και του απαγωγού. Ο ακροδέκτης της πύλης ακροδέκτης βρίσκετε πάνω στο κανάλι και μονωμένος από αυτό. Μια τάση V_DD εφαρμόζεται μεταξύ πηγής και απαγωγού, η οποία προκαλεί κίνηση φορέων μέσα στο κανάλι. Μια πηγή τάσης συνδέεται μεταξύ της πύλης και της πηγής. Η Μεταβολή αυτής της τάσης της πύλης έχει ως αποτέλεσμα τη πύκνωση ή την αραίωση των φορέων μέσα στο κανάλι και τελικά τη έχουμε τη ρύθμιση του ρεύματος του ρεύματος στο κανάλι μεταξύ πηγής και απαγωγού.

Διακρίνουμε δυο τύπους MOSFET ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής και λειτουργίας τους α) Το MOSFET πύκνωσης και το β)MOSFET αραίωσης

Κατασκευή MOSFET πύκνωσης και αραίωσης

Για την κατασκευή του MOSFET πύκνωσης χρησιμοποιείται ένα υπόστρωμα τύπου Ρ που δημιουργούνται με διάχυση δυο περιοχές τύπου Ν. Στη συνέχεια η διάταξη μπαίνει σε φούρνο με ατμόσφαιρα οξυγόνου οπότε καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα SiO₂. Έπειτα με φωτοχημικές διεργασίες αφαιρείται τμήμα του SiO₂ που καλύπτει τα τμήματα Ν οπότε δημιουργούνται οι επαφές της πηγής και του απαγωγού με αλουμίνιο. Επίσης δημιουργείται και ο ακροδέκτης της πύλης μονωμένος πάνω από το κανάλι. Έτσι δημιουργείται το MOSFET πύκνωσης όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Στη λειτουργία του MOSFET πύκνωσης μια θετική τάση εφαρμόζεται μεταξύ απαγωγού και πηγής, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Για να δημιουργηθεί ρεύμα πρέπει να εφαρμόσουμε μια θετική τάση στη πύλη. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την έλξη φορέων στο κανάλι και τη δημιουργία ρεύματος. Αύξηση της θετικής τάσης της πύλης έχει ως αποτέλεσμα την πύκνωση των φορέων στο κανάλι και έτσι την αύξηση του ρεύματος στη διάταξη.

Για την κατασκευή του MOSFET αραίωσης πάνω σε ένα υπόστρωμα δημιουργούνται δυο περιοχές τύπου Ν που θα αποτελέσουν την πηγή και τον απαγωγό. Μεταξύ αυτών των δυο περιοχών δημιουργείται μια λεπτή περιοχή τύπου Ν με μικρότερο ποσοστό προσμίξεων που θα αποτελέσει το κανάλι του MOSFET. Στη συνέχεια καλύπτεται με στρώμα οξειδίου SiO₂ τμήματα του οποίου αφαιρούνται από τις περιοχές της πηγής και του απαγωγού και έπειτα δημιουργούνται οι επαφές από αλουμίνιο. Επίσης δημιουργείται και ο ακροδέκτης της πύλης μονωμένος πάνω από το κανάλι. Έτσι δημιουργείται το MOSFET αραίωσης όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Στη λειτουργία του MOSFET αραίωσης μια θετική τάση εφαρμόζεται μεταξύ απαγωγού και πηγής και έτσι δημιουργείται ένα ρεύμα στη διάταξη από την πηγή προς τον απαγωγό μέσα από το κανάλι τύπου Ν, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Στη συνέχεια πολώνουμε αρνητικά την πύλη ως προς την πηγή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το ηλεκτρόδιο της πύλης να ωθήσει τους φορείς του καναλιού (ηλεκτρόνια) κάτω στο υπόστρωμα και το κανάλι να αραιώσει από φορείς. Αυτό επιφέρει μείωση του ρεύματος απαγωγού. Με μεταβολή της τάσης πύλης έχουμε ρύθμιση του ρεύματος πηγής - απαγωγού. Έτσι μείωση της τάσης της πύλης έχουμε μείωση του ρεύματος της διάταξης ή με μεταβολή της τάσης πύλης προς θετικές τιμές έχουμε αύξηση των ηλεκτρονίων στο κανάλι με συνέπεια την αύξηση του ρεύματος μεταξύ πηγής και απαγωγού.

Το εξάρτημα: τρανζίστορ MOSFET

MOSFET

To MOSFET (Metal – Oxide Semiconductor FET) είναι και αυτή μια διάταξη η οποία έχει πηγή, πύλη και απαγωγό. Σε αντίθεση όμως με το JFET, η πύλη είναι ηλεκτρικά μονωμένη ως προς το κανάλι, με αποτέλεσμα το ρεύμα πύλης να είναι πάρα πού μικρό, ανεξάρτητα από τη φορά της τάσης που εφαρμόζεται μεταξύ πύλης και πηγής. Ως μονωτικό, χρησιμοποιείται ένα πολύ λεπτό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου, το οποίο παρεμβάλλεται μεταξύ της μεταλλικής πύλης και του ημιαγωγού.

Το MOSFET καλείται και IGFET (Insulated Gate FET), επειδή η πύλη είναι μονωμένη. Σ' ένα MOSFET ο τύπος του καναλιού καθορίζεται από το είδος των φορτίων, ηλεκτρόνια ή οπές, τα οποία μεταφέρουν το ρεύμα από την πηγή στον απαγωγό. Επιπλέον τα MOSFET χωρίζονται σε δυο κατηγορίες: τα MOSFET τύπου αραίωσης και τα MOSFET τύπου πύκνωσης, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους.

MOSFET τύπου αραίωσης

Το MOSFET αραίωσης αποτελείται από ένα τμήμα ημιαγωγού τύπου Ν. Στα άκρα αυτού του τμήματος συνδέονται οι ακροδέκτες πηγής και απαγωγού. Η εφαρμογή μιας τάσης μεταξύ πηγής και απαγωγού, όπου ο απαγωγός συνδέεται στο θετικό πόλο της πηγής, εξαναγκάζει τα ηλεκτρόνια σε ροή από την πηγή προς τον απαγωγό. Το MOSFET, αντίθετα με τα JFET, έχει μια μόνο περιοχή Ρ, η οποία ονομάζεται υπόστρωμα. Η περιοχή αυτή περιορίζει τη διατομή του καναλιού με αποτέλεσμα να παραμείνει ένα πολύ λεπτό στρώμα το οποίο επιτρέπει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινούνται από την πηγή στον απαγωγό. Ένα πολύ λεπτό υμένιο διοξειδίου του πυριτίου αποτίθεται στην αντίθετη πλευρά του καναλιού και πάνω σε αυτό τοποθετείται η μεταλλική πύλη.

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ένα MOSFET τύπου αραίωσης στο οποίο έχει εφαρμοστεί μια αρνητική τάση στην πύλη. Η πηγή τάσης V_DD υποχρεώνει τα ηλεκτρόνια να μετακινούνται από την πηγή στον απαγωγό μέσα από το λεπτό κανάλι, το οποίο βρίσκεται μεταξύ της περιοχής Ρ και της πύλης. Η αρνητική τάση που εφαρμόζεται στη πύλη απωθεί τα ηλεκτρόνια του καναλιού, με αποτέλεσμα την ελάττωση της πυκνότητας τους και συνεπώς την ελάττωση του ρεύματος απαγωγού. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται λειτουργία αραίωσης. Όταν η τάση της πύλης γίνεται περισσότερο αρνητική ελαττώνεται το ρεύμα του απαγωγού και όταν γίνει αρκετά αρνητική το ρεύμα αυτό αποκόπτεται. Επειδή η πύλη είναι ηλεκτρικά μονωμένη ως προς το κανάλι, είναι δυνατή η εφαρμογή θετικής τάσης.

Μια θετική τάση στην πύλη έχει ως αποτέλεσμα να προσελκύονται ηλεκτρόνια προς την πλευρά της πύλης και συνεπώς να αυξάνεται η πυκνότητα τους μέσα στο κανάλι. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται λειτουργία πύκνωσης. Έτσι, το κανάλι, αν και πρακτικά δεν αλλάζει διαστάσεις, γίνεται περισσότερο αγώγιμο με αποτέλεσμα να αυξηθεί το ρεύμα απαγωγού.

Το ρεύμα της πύλης είναι αμελητέο και στους δυο τρόπους λειτουργίας. Έτσι, και στις δυο περιπτώσεις, η αντίσταση εισόδου της πύλης είναι πολύ μεγάλη, από 10¹⁰ μέχρι 10¹⁴ Ωμ. Συμπληρωματικό στοιχείο ενός MOSFET N-καναλιού είναι το MOSFET Ρ-καναλιού.

Στο σχήμα δίδεται το κυκλωματικό σύμβολο ενός MOSFET τύπου αραίωσης. Η πύλη έχει τη μορφή οπλισμού ενός πυκνωτή. Δεξιά από την πύλη υπάρχει μια λεπτή γραμμή, η οποία παριστάνει το κανάλι. Το βέλος του υποστρώματος δείχνει προς το Ν-τύπου ημιαγωγό, οπότε η διάταξη αυτή είναι ένα MOSFET N-καναλιού. Στις περισσότερες περιπτώσεις ο κατασκευαστής συνδέει εσωτερικά το υπόστρωμα με την πηγή, οπότε έχουμε μια διάταξη τριών ακροδεκτών όπως στο σχήμα.

Οι χαρακτηριστικές απαγωγού ενός MOSFET N-καναλιού παρουσιάζονται στο σχήμα. Θα πρέπει να παρατηρήσει κανείς ότι οι καμπύλες που βρίσκονται στο άνω τμήμα των χαρακτηριστικών αντιστοιχούν σε θετικές τιμές τάσης πύλης, όπου έχουμε λειτουργία πύκνωσης (V_GS > 0V). Η χαμηλότερη καμπύλη για την οποία το ρεύμα απαγωγού είναι σχεδόν μηδέν αντιστοιχεί σε τάση πύλης ίση με την τάση αποκοπής (V_GS = V_GS(off)). Οι καμπύλες για τις οποίες η τάση πύλης βρίσκεται μεταξύ της V_GS(off) και του μηδέν αντιστοιχούν σε λειτουργία αραίωσης (V_GS< 0V).

Έχοντας όλα αυτά υπόψη, μπορούμε να πούμε ότι κάθε MOSFET το οποίο μπορεί να λειτουργήσει είτε με αραίωση είτε με πύκνωση ονομάζεται MOSFET τύπου αραίωσης.

MOSFET τύπου πύκνωσης

Ένας άλλος τύπος MOSFET, ο οποίος εφαρμόζεται κατά κύριο λόγο στα ψηφιακά κυκλώματα, είναι το MOSFET τύπου πύκνωσης. Αυτό το MOSFET λειτουργεί αποκλειστικά με πύκνωση και επιτρέπει την ταυτόχρονη ολοκλήρωση στο ίδιο τσιπ διατάξεων Ν-καναλιού και Ρ-καναλιού με αποτέλεσμα τη δημιουργία συστημάτων συμπληρωματικών στοιχείων και συνεπώς των κυκλωμάτων CMOS (Complementary MOS). Πρέπει να επισημανθεί ότι η ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής στον τομέα των ψηφιακών κυκλωμάτων και ειδικότερα των μικροεπεξεργαστών, οι οποίοι περιέχουν περισσότερο από ένα εκατομμύριο MOSFET σε κάθε ψηφίδα, οφείλεται στα MOSFET τύπου πύκνωσης. Επιπλέον, MOSFET τύπου πύκνωσης χρησιμοποιούνται και σε εφαρμογές ισχύος με διάφορες ονομασίες όπως V-MOSFET(Siliconix, Temic), T-MOSFET (Motorola), HEXFET (IRF) κλπ, ανάλογα με τη βελτιστοποιημένη δομή, την οποία έχουν επιτύχει διάφοροι κατασκευαστές τους.

Η δομή των MOSFET τύπου πύκνωσης διαφέρει από αυτή των MOSFET τύπου αραίωσης. Σε αυτά το υπόστρωμα εκτείνεται μέχρι την επίστρωση του οξειδίου, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει κανάλι μεταξύ πηγής και απαγωγού αλλά μόνο μια δομή η οποία μοιάζει με δυο διόδους συνδεδεμένες αντίθετα μεταξύ τους.

Για να γίνει κατανοητή η λειτουργία ενός MOSFET τύπου πύκνωσης θα πρέπει κατ' αρχήν να εφαρμοστούν οι κανονικής πολικότητας πολώσεις της πύλης και του απαγωγού. Αρχικά θεωρούμε ότι η τάση της πύλης είναι μηδέν, δηλαδή ότι έχουμε κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης. Σ' αυτή την περίπτωση το ρεύμα δεν μπορεί να διέλθει από την πηγή στον απαγωγό διότι αφενός το Ρ-τύπου υπόστρωμα έχει πάρα πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια και αφετέρου η δίοδος υποστρώματος – απαγωγού είναι ανάστροφα πολωμένη. Έτσι στην κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης το ρεύμα του απαγωγού είναι αμελητέο.

Για να υπάρξει ρεύμα απαγωγού πρέπει να υπάρξουν ηλεκτρόνια στο υπόστρωμα, δηλαδή το υπόστρωμα να μετατραπεί – έστω τοπικά – σε Ν – τύπου ώστε να μην υπάρχουν οι δίοδοι υποστρώματος – απαγωγού. Αυτό επιτυγχάνεται χάρις στο γεγονός ότι η πύλη σχηματίζει ένα πυκνωτή με το υπόστρωμα. Έτσι, αν εφαρμοστεί μια αρκετά «υψηλή» θετική τάση στην πύλη τότε ο οπλισμός της πύλης του πυκνωτή πύλης-υποστρώματος, φορτίζεται θετικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να συσσωρευτεί αρνητικό φορτίο, δηλαδή ηλεκτρόνια στο υπόστρωμα. Το φορτίο αυτό συσσωρεύεται στην περιοχή του υποστρώματος, η οποία βρίσκεται ακριβώς κάτω από το λεπτό στρώμα του οξειδίου της πύλης καλύπτοντας όλη τη διαδρομή από την πηγή μέχρι τον απαγωγό. Έτσι δημιουργείται, τοπικά, ένα πολύ λεπτό στρώμα στο οποίο η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη από εκείνη των οπών. Το στρώμα αυτό συμπεριφέρεται ως τύπου-Ν και η παρουσία του αποκαθιστά την αγωγιμότητα και συνεπώς το ηλεκτρικό ρεύμα, μεταξύ πηγής και απαγωγού. Αν, στη συνέχεια, αυξηθεί η θετική τάση της πύλης, θα αυξηθεί και η πυκνότητα των ηλεκτρονίων στο υπόστρωμα. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του ρεύματος απαγωγού. Επειδή το κανάλι είναι Ν-τύπου, η διάταξη θα είναι MOSFET πύκνωσης Ν-καναλιού.

Το υπόστρωμα είναι Ρ-τύπου και με την παρουσία του ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου ένα λεπτό στρώμα αυτού, το οποίο εφάπτεται του στρώματος διοξειδίου του πυριτίου, μετατρέπεται σε Ν-τύπου. Αυτό το λεπτό στρώμα, το οποίο αλλάζει τύπο αγωγιμότητας, ονομάζεται στρώμα αναστροφής Ν-τύπου.

Η ελάχιστη τάση πύλης-πηγής, η οποία προκαλεί την εμφάνιση του στρώματος αναστροφής Ν-τύπου ονομάζεται τάση κατωφλίου και σημειώνεται με V_GS(th). Έτσι, όταν η τάση της πύλης είναι μικρότερη από την τάση κατωφλίου το MOSFET είναι ανοικτό. Αντίθετα, όταν η τάση της πύλης είναι μεγαλύτερη από την τάση κατωφλίου, το MOSFET άγει.

Στο σχήμα παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές ρεύματος απαγωγού συναρτήσει της τάσης απαγωγού-πηγής για διάφορες τιμές της τάσης πύλης. Η χαμηλότερα ευρισκόμενη καμπύλη αντιστοιχεί σε τάση πύλης ίση με την τάση κατωφλίου V_GS(th). Έτσι όταν η τάση πύλης είναι μικρότερη της τάσης κατωφλίου το ρεύμα απαγωγού είναι σχεδόν μηδέν. Αντίθετα, όταν η τάση πύλης είναι μεγαλύτερη από την τάση κατωφλίου το MOSFET άγει και το ρεύμα απαγωγού καθορίζεται από την τάση πύλης. Στις χαρακτηριστικές του σχήματος παρατηρούμε μια συμπεριφορά αντίστοιχη με αυτή των MOSFET αραίωσης, δηλαδή μια περιοχή όπου το ρεύμα παραμένει σχεδόν σταθερό (ενεργός περιοχή ή περιοχή πηγής ρεύματος). Στο σχήμα παρουσιάζεται η χαρακτηριστική διαγωγιμότητας, η οποία και στην περίπτωση των MOSFET πύκνωσης αποτελεί μέρος μιας παραβολής. Η παραβολή αρχίζει, όπως αναμένεται από τα παραπάνω, από το σημείο V_GS(th). 

Στην κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης το MOSFET τύπου πύκνωσης βρίσκεται σε κατάσταση off, επειδή δεν υπάρχει κανάλι μεταξύ πηγής και απαγωγού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα στο κυκλωματικό σύμβολο το κανάλι να δηλώνεται με μια διακεκομμένη γραμμή και κατά αυτό τον τρόπο, να διαφέρει από εκείνο του MOSFET αραίωσης. Στο παρακάτω σχήμα δίδεται και το κυκλωματικό σύμβολο ενός MOSFET πύκνωσης.

Σε κάθε τύπο MOSFET, αραίωσης ή πύκνωσης, παρεμβάλλεται μεταξύ της πύλης και του καναλιού ένα λεπτό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Αυτό το πάχος του στρώματος του διοξειδίου του πυριτίου και η διηλεκτρική αντοχή του υλικού (10⁷ V/cm) συνεπάγεται ότι η τάση που εφαρμόζεται στην πύλη μπορεί να κυμαίνεται σε κάποια όρια, τα οποία αν ξεπεραστούν το MOSFET καταστρέφεται. Τα όρια τάσης πύλης καθορίζονται με το V_GS(max) και στην περίπτωση του VN10 είναι V_GS(max) = +-40V

Το μονωτικό στρώμα του διοξειδίου του πυριτίου της πύλης μπορεί να καταστραφεί και από άλλους λιγότερο προφανείς λόγους, εκτός από την επιβολή υψηλής τάσης. Η τοποθέτηση ή η απομάκρυνση του MOSFET από ένα κύκλωμα, το οποίο ήδη τροφοδοτείται, μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη μεταβατικών τάσεων υψηλότερων από τη V_GS(max). Επίσης τα ηλεκτροστατικά φορτία που εναποτίθενται στην πύλη ενός MOSFET όταν το πιάνουμε, μπορούν να αναπτύξουν τάσεις που υπερβαίνουν τη V_GS(max). Γι' αυτό το λόγο τα MOSFET προστατεύονται με αγώγιμο δακτυλίδι, το οποίο απομακρύνεται μετά την τοποθέτηση τους ή μεταφέρονται σε αγώγιμο σάκο και τοποθετούνται από τεχνικούς, οι οποίοι πατούν σε γειωμένο αγώγιμο δάπεδο ή φέρουν αγώγιμο βραχιόλι το οποίο είναι επίσης γειωμένο.

Το εξάρτημα: τρανζίστορ εγκάρσιου πεδιου επαφής JFET

Δομή  JFET

Το τρανζίστορ εγκάρσιου πεδίου επαφής, γνωστό και ως JFET, είναι ένα μονοπολικό τρανζίστορ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι βασίζει τη λειτουργία του σε ένα μόνο είδος φορέων, δηλαδή σε ηλεκτρόνια ή οπές, σε αντίθεση με το κοινό τρανζίστορ που ονομάζεται και διπολικό και η λειτουργία του βασίζεται και στα δυο αυτά είδη φορέων.

Η αρχή κατασκευής ενός JFET βασίζεται στην επιλογή ενός τμήματος ημιαγωγού, π.χ. τύπου–Ν, στο οποίο προστίθενται στις δυο πλευρές του, περιοχές τύπου–Ρ. Η συγκέντρωση των προσμίξεων στις περιοχές τύπου-Ρ είναι πολύ ψηλότερες από αυτή του καναλιού. Κάθε μια από τις περιοχές τύπου–Ρ καλείται πύλη. Τα δυο άκρα του τμήματος τύπου–Ν ονομάζονται πηγή και απαγωγός, ενώ το τμήμα του ημιαγωγού τύπου–Ν το οποίο βρίσκεται μέσα στις περιοχές τύπου-Ρ ονομάζεται κανάλι ή δίαυλος. Ανάλογα με τον τύπο του ημιαγωγού του καναλιού ορίζεται και ο τύπος του JFET. Έτσι υπάρχουν JFET n-καναλιού ή p-καναλιού (n-channel ή p-channel). Το JFET έχει μια μόνο πύλη, για το λόγο ότι ενώνονται εξωτερικά οι δύο περιοχές τύπου-Ρ.

Το κυκλωματικό σύμβολο ενός JFET παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα. Για μνημονικό βοήθημα πρέπει να θεωρηθεί ότι η λεπτή κατακόρυφη γραμμή αντιστοιχεί στο κανάλι. Η πηγή και ο απαγωγός συνδέονται με αυτή τη γραμμή. Επιπλέον, το βέλος της πύλης δείχνει προς τον ημιαγωγό τύπου-Ν, όπως στην κοινή δίοδο. Έτσι, αν το βέλος δείχνει προς το κανάλι το JFET είναι n-καναλιού ενώ αν έχει αντίθετη κατεύθυνση είναι p-καναλιού.

Αρχή λειτουργίας

Η λειτουργία ενός JFET βασίζεται στην επαφή πύλης-καναλιού, η οποία στο εξής θα ονομάζεται επαφή ή δίοδος πύλης για λόγους απλότητας. Η περιοχή φορτίου χώρου (απογυμνωμένη περιοχή) της επαφής έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της διατομής του καναλιού και συνεπώς τη μεταβολή της αντίστασης του. Έτσι μεταβάλλοντας την πόλωση της διόδου πύλης, μεταβάλλεται το εύρος της περιοχής φορτίου χώρου της επαφής και συνεπώς η αντίσταση του καναλιού, άρα ελέγχεται το ρεύμα το οποίο διαρρέει το JFET. Ο όρος επίδραση πεδίου σχετίζεται με την περιοχή φορτίου χώρου που δημιουργείται στην επαφή πύλης.

Τυπικό κύκλωμα πόλωσης ενός JFET καναλιού τύπου-Ν παρουσιάζεται στο παραπάνω σχήμα. Στο κύκλωμα χρησιμοποιούνται δύο πηγές τάσεως. Η πρώτη συνδέεται μεταξύ απαγωγού και πηγής η V_DD και παρέχει την τάση απαγωγού V_DS. Η δεύτερη συνδέεται μεταξύ πύλης και πηγής η V_GG και παρέχει την τάση πύλης V_GS. Η V_GG πολώνει ανάστροφα τη δίοδο πύλης με αποτέλεσμα το ρεύμα πύλης I_G να είναι πάρα πολύ μικρό και συνεπώς η αντίσταση εισόδου πάρα πολύ μεγάλη. Επιπλέον, η τάση της πύλης διαμορφώνει, όπως προαναφέρθηκε, την αντίσταση του καναλιού. Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται μια γραφική παράσταση των χαρακτηριστικών ρευμάτων απαγωγού I_D συναρτήσει της τάσης απαγωγού V_DS για διάφορες τιμές της τάσης πύλης. Η ομοιότητα της με τη χαρακτηριστική καμπύλη συλλέκτη των διπολικών τρανζίστορ είναι αξιοσημείωτη. Για μικρές τιμές της τάσης απαγωγού το ρεύμα απαγωγού αυξάνει απότομα και γίνεται σχεδόν οριζόντιο στην ενεργό περιοχή. Όταν η τάση απαγωγού γίνει πολύ μεγάλη και υπερβεί την τιμή BV_DGS, που είναι η τάση κατάρρευσης με γειωμένη την πηγή, το JFET, καταρρέει. Όπως και στα διπολικά τρανζίστορ, η ενεργός περιοχή εκτείνεται κατά μήκος του (σχεδόν) οριζόντιου τμήματος της χαρακτηριστικής καμπύλης. Σ' αυτήν την περιοχή το JFET λειτουργεί ως πηγή ρεύματος. Στις καμπύλες ρεύματος απαγωγού σε συνάρτηση της τάσης απαγωγού διακρίνουμε τα εξής:

Κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης: Όταν η τάση της πύλης μηδενιστεί, τότε η πύλη και η πηγή βραχυκυκλώνουν. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης και σ' αυτήν αντιστοιχεί το ρεύμα απαγωγού στην κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης I_DSS.

Τάση συμπίεσης: Η τάση συμπίεσης (pinch-off voltage) V_P είναι η τάση απαγωγού πάνω από την οποία το ρεύμα απαγωγού γίνεται περίπου σταθερό, στην κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης. Όταν η τάση απαγωγού γίνει ίση με V_P , το αγώγιμο κανάλι γίνεται εξαιρετικά στενό (συμπιέζεται) και οι περιοχές φορτίου χώρου σχεδόν εφάπτονται, με αποτέλεσμα αν η τάση απαγωγού αυξηθεί πέρα της τάσης συμπίεσης V_p το ρεύμα του απαγωγού παραμένει περίπου σταθερό. Η τάση συμπίεσης χωρίζει τη χαρακτηριστική ενός JFET σε δύο περιοχές: την ενεργό περιοχή, η οποία ισχύει όταν η τάση απαγωγού είναι μεγαλύτερη της τάσης συμπίεσης V_P, και την ωμική περιοχή, η οποία ισχύει όταν η τάση απαγωγού είναι μικρότερη της τάσης συμπίεσης. Η τελευταία λέγεται και ωμική διότι σ' αυτήν το ρεύμα του απαγωγού είναι, σχεδόν, ανάλογο της τάσης απαγωγού, δηλαδή ισχύει ο νόμος του Ωμ, και πρακτικά δεν εξαρτάται από την τάση της πύλης. Επιπλέον η ωμική περιοχή αντιστοιχεί στην περιοχή κόρου των διπολικών τρανζίστορ. Στην ωμική περιοχή η αντίσταση R_DS μεταξύ των ακροδεκτών απαγωγού και πηγής υπολογίζεται πολύ εύκολα από την εξίσωση: R_DS = V_P / I_DSS

Τάση αποκοπής πύλης - πηγής: Οι χαρακτηριστικές απαγωγού μοιάζουν με τις χαρακτηριστικές συλλέκτη των διπολικών τρανζίστορ. Στο προηγούμενο σχήμα δίνονται οι χαρακτηριστικές ενός τυπικού JFET. Η υψηλότερη χαρακτηριστική δίνεται για V_GS=0V, για κατάσταση βραχυκυκλωμένης πύλης. Οι υπόλοιπες χαρακτηριστικές αντιστοιχούν για αρνητικές τιμές τάσης πύλης - πηγής V_GS<0. Η χαμηλότερη τιμή V_GS=V_GS(off) που αντιστοιχεί στην τάση αποκοπής πύλης-πηγής, οι περιοχές φορτίου χώρου εφάπτονται, με αποτέλεσμα να αποκόπτεται εντελώς το ρεύμα απαγωγού.

Χαρακτηριστική διαγωγιμότητας: Η χαρακτηριστική διαγωγιμότητας ενός JFET είναι η γραφική παράσταση του ρεύματος απαγωγού συναρτήσει της τάσης πύλης (βλ. το διπλανό σχήμα). Γενικά η χαρακτηριστική διαγωγιμότητας οποιουδήποτε JFET έχει την ίδια μορφή, δηλαδή είναι τμήμα παραβολής. Αυτό οφείλεται στην αρχή λειτουργίας των JFET. Η χαρακτηριστική διαγωγιμότητας περιγράφεται από την εξίσωση

η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί προσεγγιστικά για κάθε JFET. Με τη βοήθεια της παραπάνω εξίσωσης είναι δυνατόν να υπολογιστεί το ρεύμα απαγωγού για κάθε τιμή της τάσης πύλης V_GS όταν είναι γνωστό το ρεύμα απαγωγού Ι_DSS σε κατάσταση γειωμένης πύλης και η τάση αποκοπής της πύλης-πηγής V_GS(off). Λόγω της παραβολικής μορφής της καμπύλης αυτής τα JFET ονομάζονται και διατάξεις τετραγωνικού νόμου.

Το εξάρτημα: τρανζίστορ

Δομή του τρανζίστορ

Το τρανζίστορ είναι ένας κρύσταλλος με τρεις περιοχές εμπλουτισμένες με προσμίξεις. Ανάλογα με τον τρόπο εμπλουτισμού, τα τρανζίστορ διακρίνονται σε δυο τύπους, το ΡΝΡ και το ΝΡΝ, όπου η σειρά των γραμμάτων εκφράζει τον τύπο του ημιαγωγού κάθε περιοχής.

Οι τρεις περιοχές ενός τρανζίστορ ονομάζονται, ανάλογα με τη λειτουργία τους, εκπομπός, βάση, συλλέκτης. Ο εκπομπός είναι μια έντονα εμπλουτισμένη περιοχή, στο σχήμα αυτό τονίζεται με δύο [++]. Προορισμός του είναι να εκπέμπει φορτία προς τη βάση. Η βάση είναι μια περιοχή λιγότερο εμπλουτισμένη, στο σχήμα αυτό τονίζεται με ένα [+] και είναι πολύ λεπτή. Το λεπτό πάχος της βάσης επιτρέπει στα περισσότερα φορτία, τα οποία εκπέμπονται από τον εκπομπό, να φθάνουν στο συλλέκτη όπου και συλλέγονται. Το επίπεδο εμπλουτισμού του συλλέκτη είναι χαμηλότερο από αυτό του εκπομπού και από αυτό της βάσης. Επιπλέον, επειδή στο συλλέκτη καταναλώνεται μεγαλύτερη ισχύς, από ότι στη βάση και τον εκπομπό, η περιοχή την οποία καταλαμβάνει ο συλλέκτης είναι μεγαλύτερη.

Στο προηγούμενο σχήμα παρουσιάζονται, όπως προαναφέρθηκε, οι δυο δυνατές περιπτώσεις ενός τρανζίστορ. Το τρανζίστορ ΡΝΡ είναι το συμπληρωματικό του τρανζίστορ ΝΡΝ, επειδή οι φορείς πλειονότητας στον εκπομπό και συλλέκτη του πρώτου είναι οπές, ενώ του δευτέρου ηλεκτρόνια. Αυτό συνεπάγεται, ότι κατά τη λειτουργία του ΡΝΡ τα ρεύματα και οι πολώσεις έχουν αντίθετη φορά με τα ρεύματα και τις πολώσεις του ΝΡΝ. Η μελέτη που ακολουθεί, για να αποφευχθεί οποιαδήποτε σύγχυση, θα εστιαστεί στο τρανζίστορ τύπου ΝΡΝ.

Το κυκλωματικό σύμβολο ενός τρανζίστορ ΡΝΡ και ενός ΝΡΝ δίδονται στο προηγούμενο σχήμα. Το βέλος βρίσκεται πάντα στον εκπομπό και δείχνει τη συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος. Η φορά του βέλους δείχνει επίσης τον Ν-τύπου ημιαγωγό. Έτσι στο ΡΝΡ το βέλος δείχνει προς τη βάση, η οποία είναι Ν-τύπου, ενώ στο ΝΡΝ το βέλος δείχνει προς τον εκπομπό, ο οποίος είναι πάλι Ν-τύπου.

Όταν δεν εφαρμόζεται πόλωση σε ένα τρανζίστορ ΝΡΝ, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του εκπομπού διαχέονται προς τη βάση και μέρος οπών της βάσης προς τον εκπομπό. Το ίδιο συμβαίνει και με τα ηλεκτρόνια του συλλέκτη και μέρος των οπών της βάσης. Έτσι δημιουργείται μια περιοχή φορτίου χώρου (απογύμνωσης) σε κάθε επαφή, δηλαδή στην επαφή εκπομπού και στην επαφή του συλλέκτη. Κατά μήκος κάθε επαφής αναπτύσσεται φράγμα δυναμικού, το οποίο στους 23^οC έχει τιμή 0,3V αν ο ημιαγωγός είναι γερμάνιο και 0,7V αν είναι πυρίτιο. Τα τρανζίστορ γερμανίου έχουν πολύ περιορισμένες εφαρμογές, σε αντίθεση με τα τρανζίστορ πυριτίου, των οποίων η χρήση είναι ευρύτατη. Αυτό οφείλεται στο ότι τα τρανζίστορ πυριτίου έχουν ευρύτερα όρια τάσης και ρεύματος και τα χαρακτηριστικά τους εξαρτώνται λιγότερο από την θερμοκρασία από ότι τα αντίστοιχα των τρανζίστορ γερμανίου. Γι' αυτό το λόγο, στη συνέχεια θα δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στα τρανζίστορ πυριτίου.

Όπως προαναφέρθηκε ο προορισμός του εκπομπού είναι να εκπέμπει φορτία προς τη βάση. Για να είναι αυτό εφικτό, πρέπει η δίοδος εκπομπού να είναι ορθά πολωμένη. Επιπλέον, για να είναι δυνατή η συλλογή φορτίων από το συλλέκτη, πρέπει η δίοδος συλλέκτη να είναι ανάστροφα πολωμένη, όπως συμβαίνει στις περισσότερες εφαρμογές.

Αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ

Η λειτουργία ενός τρανζίστορ, στην απλουστευμένη προσέγγιση της, βασίζεται στην εκπομπή φορέων από τον εκπομπό και τη συλλογή τους από το συλλέκτη. Για να γίνει αυτό καλύτερα κατανοητό, θα εξετάσουμε ένα τρανζίστορ τύπου ΝΡΝ, όπου θα χρησιμοποιήσουμε τη συμβατική φορά των ρευμάτων. Αρχικά θεωρούμε, ότι η δίοδος εκπομπού είναι ορθά πολωμένη. Όταν η τάση βάσης–εκπομπού V_BE είναι μικρότερη από 0,7V (για τρανζίστορ πυριτίου) δεν διέρχεται πρακτικά ρεύμα από τη βάση προς τον εκπομπό. Αν η τάση βάσης–εκπομπού ξεπεράσει τα 0,7V θα υπάρχει αισθητή ροή ελεύθερων ηλεκτρονίων από τον εκπομπό προς τη βάση και ελεύθερων οπών από τη βάση προς τον εκπομπό.

Η βάση, όπως έχει ήδη αναφερθεί, αποτελείται από ένα λεπτό στρώμα ημιαγωγού τύπου–Ρ, το οποίο είναι λιγότερο εμπλουτισμένο από ότι ο εκπομπός. Εξ' άλλου η επαφή του συλλέκτη, όπως φαίνεται στο σχήμα είναι ανάστροφα πολωμένη και περιορίζει σημαντικά το εύρος της βάσης. Αυτά έχουν σαν αποτέλεσμα την αύξηση του ποσοστού των ηλεκτρονίων τα οποία δεν θα παραμείνουν στο χώρο της βάσης, αλλά θα εισέλθουν στο χώρο της επαφής του συλλέκτη. Το ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή φορτίου χώρου του συλλέκτη έχει τέτοια φορά, ώστε να ωθεί τα ηλεκτρόνια τα οποία έχουν εισέλθει στη βάση, προς τον συλλέκτη. Έτσι αυτά τα ηλεκτρόνια συλλέγονται από την επαφή του συλλέκτη και δίδουν το ρεύμα συλλέκτη Ι_C. Θα πρέπει να μη ξεχνάμε ότι υπάρχει και το ρεύμα ανάστροφης πόλωσης της διόδου συλλέκτη, το οποίο είναι πολύ μικρό και σε αυτή τη φάση θα το θεωρήσουμε αμελητέο.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία παραμένουν στο χώρο της βάσης, μαζί με τις ελεύθερες οπές, οι οποίες εισέρχονται στην περιοχή του εκπομπού, δίνουν το ρεύμα βάσης Ι_Β. Επειδή το ρεύμα αυτό προκύπτει από εξουδετέρωση ελεύθερων ηλεκτρονίων με ελεύθερες οπές, ονομάζεται και ρεύμα επανασύνδεσης στα διπολικά τρανζίστορ.

Στα περισσότερα τρανζίστορ, περισσότερο από το 95% των φορτίων, που εκπέμπονται από τον εκπομπό, φθάνουν στο συλλέκτη και λιγότερο από το 5% παραμένουν στη βάση και συμβάλουν στο ρεύμα της βάσης.

Ανάλυση των ρευμάτων στο τρανζίστορ

Θεωρώντας το τρανζίστορ ως κόμβο διαπιστώνουμε, από τον πρώτο νόμο του Kirchhoff, ότι το ρεύμα εκπομπού είναι ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων βάσης και συλλέκτη (βλέπε τον ορισμό των κατευθύνσεων των ρευμάτων στο σχήμα) I_E = I_B + I_C

Εάν σε ένα τρανζίστορ αυξηθεί η τάση της διόδου εκπομπού του θα αυξηθεί το ρεύμα βάσης I_B και αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του ρεύματος συλλέκτη I_C. Πειραματικά διαπιστώνεται, ότι υπάρχει σχέση (αναλογία) μεταξύ ρεύματος βάσης και ρεύματος συλλέκτη. Γι' αυτό το λόγο υπάρχει δυνατότητα ελέγχου του ρεύματος συλλέκτη μέσω του ρεύματος βάσης. Ορίζεται ένας συντελεστής ο οποίος ονομάζεται απολαβή ρεύματος β, ως το πηλίκο του ρεύματος συλλέκτη προς το ρεύμα βάσης: β = I_C / I_B

Το β είναι αδιάστατο μέγεθος, δηλαδή «καθαρός» αριθμός και είναι σχεδόν σταθερός για συγκεκριμένο τρανζίστορ. Ο συντελεστής β δηλώνει πόσες φορές μεγαλύτερο ρεύμα μπορούμε να ελέγξουμε στο κύκλωμα του συλλέκτη μέσω ενός μικρού ρεύματος στο κύκλωμα βάσης. Για δεδομένο ρεύμα βάσης Ι_Β, το ρεύμα συλλέκτη προκύπτει από τη σχέση: I_C = β Ι_Β

Ο συντελεστής β, για τρανζίστορ χαμηλής ισχύος, έχει τιμές οι οποίες κυμαίνονται από 100 έως 300 ανάλογα το εξάρτημα. Για τρανζίστορ ισχύος οι τιμές του κυμαίνονται από 30 έως 150 ανάλογα το εξάρτημα.

Το ποσοστό των ελεύθερων φορέων του εκπομπού, το οποίο φτάνει στο συλλέκτη και δίνει το ρεύμα συλλέκτη I_C εκφράζεται από το συντελεστή α , ο οποίος ορίζεται ως το πηλίκο του ρεύματος του συλλέκτη προς το ρεύμα του εκπομπού: α = I_C / I_E

Το α είναι αδιάστατο μέγεθος, δηλαδή «καθαρός» αριθμός και παίρνει τιμές 0<α<1. Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής α τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια φθάνουν στο συλλέκτη και τόσο μικρότερο είναι το ρεύμα βάσης. Το ρεύμα βάσης μπορεί να ελαττωθεί αν η βάση γίνει λεπτότερη και μειωθεί ο εμπλουτισμός της

Εκτελώντας τις πράξεις, έχουμε:   

Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού

Στην απλούστερη περίπτωση, για την πόλωση ενός τρανζίστορ απαιτούνται δυο πηγές τάσης, μια για το βρόχο ορθής πόλωσης της διόδου του εκπομπού και μια για την ανάστροφη πόλωση του βρόγχου της διόδου του συλλέκτη. Στην συνδεσμολογία της προηγούμενης παραγράφου, η βάση είναι το κοινό σημείο σύνδεσης των δυο βρόγχων η οποία ονομάζεται συνδεσμολογία κοινής βάσης.

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται η συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Σε αυτό το κύκλωμα υπάρχει η πηγή ρεύματος Ι_Β για τροφοδοσία του βρόγχου της διόδου βάσης και η πηγή V_CE για τροφοδοσία του βρόγχου της διόδου του συλλέκτη. Η πηγή I_B πρέπει να πολώνει ορθά τη δίοδο εκπομπού και η V_CE πολώνει (ανάστροφα) τη δίοδο συλλέκτη. Μεταξύ των ακροδεκτών εμφανίζονται οι τάσεις βάσης – εκπομπού V_BE και συλλέκτη – εκπομπού V_CE.

Οι χαρακτηριστικές καμπύλες συλλέκτη λαμβάνονται, όταν μεταβάλλεται η V_CE και μετράται το ρεύμα συλλέκτη Ι_C διατηρώντας σταθερό το ρεύμα βάσης Ι_Β σε όλη τη διάρκεια της μέτρησης. Επειδή το ρεύμα βάσης αποτελεί μεταβλητή παράμετρο, το αποτέλεσμα είναι να έχουμε σμήνος καμπυλών και κάθε χαρακτηριστική καμπύλη να αντιστοιχεί σε μια τιμή του Ι_Β, η οποία και αναγράφεται πάνω από την αντίστοιχη καμπύλη.

Οι χαρακτηριστικές καμπύλες ρεύματος συλλέκτη ενός τρανζίστορ καθορίζουν τέσσερις περιοχές, στις οποίες η λειτουργία του τρανζίστορ παρουσιάζει σημαντικές διαφορές από τη μια στην άλλη, όπως παρουσιάζονται παρακάτω:

• Για τιμές τάσης συλλέκτη – εκπομπού μεταξύ 0V και περίπου 0,8V, το ρεύμα συλλέκτη αυξάνεται απότομα και στη συνέχεια αποκτά σχεδόν σταθερή τιμή. Σ' αυτή την περιοχή λειτουργίας του τρανζίστορ που αντιστοιχεί στην απότομα κεκλιμένη καμπύλη, η οποία ονομάζεται περιοχή κόρου, η επαφή συλλέκτη είναι ορθά πολωμένη.
• Για τιμές τάσης συλλέκτη – εκπομπού μεγαλύτερες του 0,8V το ρεύμα συλλέκτη παραμένει πρακτικά σταθερό και δεν εξαρτάται από την τάση συλλέκτη - εκπομπού. Σ' αυτή την περιοχή η δίοδος συλλέκτη είναι ανάστροφα πολωμένη. Σ' αυτή την περιοχή, που είναι η πλέον σημαντική, το ρεύμα συλλέκτη καθορίζεται μόνο από το ρεύμα βάσης. Αυτή αντιπροσωπεύει την περιοχή κανονικής λειτουργίας της διάταξης και γι' αυτό ονομάζεται ενεργός περιοχή και το τρανζίστορ συμπεριφέρεται πλέον ως πηγή σταθερού ρεύματος.
• Όταν η τάση συλλέκτη - εκπομπού υπερβεί κάποια τιμή , στη συγκεκριμένη τιμή του σχήματος τα 30V, το ρεύμα του συλλέκτη αυξάνεται απότομα. Αυτό οφείλεται στην διάσπαση της διόδου συλλέκτη με αποτέλεσμα η διάταξη να παύει να λειτουργεί ως τρανζίστορ. Η τιμή της τάσης συλλέκτη – εκπομπού για την οποία καταρρέει η δίοδος συλλέκτη αναφέρεται στα τεχνικά φυλλάδια ως τάση διάσπασης συλλέκτη–εκπομπού.
• Τέλος, υπάρχει και η χαρακτηριστική η οποία αντιστοιχεί σε ρεύμα βάσης μηδέν, όπου το ρεύμα συλλέκτη, αν όχι μηδέν, είναι πολύ μικρό. Αυτή οφείλεται στο ότι το τρανζίστορ δεν είναι ιδανική συσκευή, οι δίοδοι του είναι πραγματικές και συνεπώς υπάρχουν ρεύματα διαρροής. Η περιοχή η οποία καθορίζεται από αυτή τη χαρακτηριστική ονομάζεται περιοχή αποκοπής.

Το εξάρτημα: δίοδος

Επαφή/Δίοδος ΡΝ

Φυσική λειτουργία

Όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, οι ημιαγωγοί με προσμίξεις είναι δυο τύπων. Οι ημιαγωγοί τύπου Ν έχουν περισσότερους αρνητικούς φορείς, δηλαδή έχουν περίσσεια ηλεκτρονίων και για το λόγο αυτό ονομάζονται τύπου Ν. Αντιθέτως οι ημιαγωγοί τύπου Ρ έχουν περίσσεια θετικών φορτίων ή οπών. Οι οπές είναι έλλειψη ηλεκτρονίων.

Όταν ένα μικρό κομμάτι ημιαγωγού τύπου Ν έλθει σ' επαφή με κομμάτι ημιαγωγού τύπου Ρ, τότε δημιουργείται μια ένωση ΡΝ ή επαφή ΡΝ η οποία αποτελεί ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα πολύ χρήσιμο και ονομάζεται δίοδος ΡΝ.

Η επαφή ΡΝ φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Το σημείο της ένωσης παρίσταται με μια κάθετη διακεκομμένη γραμμή. Το τμήμα τύπου Ν αποτελείται από θετικά ιόντα πεντασθενούς στοιχείου και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Υπάρχει επίσης μικρός αριθμός οπών. Στο τμήμα τύπου Ρ υπάρχουν αρνητικά ιόντα τρισθενούς στοιχείου, αρκετές οπές και μικρός αριθμός ηλεκτρονίων.

Την στιγμή της δημιουργίας της επαφής ΡΝ, τα ηλεκτρόνια από τον ημιαγωγό τύπου Ν που ευρίσκονται κοντά στο σημείο της ένωσης
θα κινηθούν προς τον ημιαγωγό τύπου Ρ με σκοπό να επανασυνδεθούν με τις οπές που υπάρχουν εκεί. Έτσι δημιουργείται επανασύνδεση οπών και ηλεκτρονίων στα δυο τμήματα και έτσι δεξιά και αριστερά του σημείου επαφής και στο μεν ημιαγωγό τύπου Ν δημιουργείται ένα τμήμα με θετικά μόνο ιόντα χωρίς ηλεκτρόνια, στο δε ημιαγωγό τύπου Ρ δημιουργείται ένα τμήμα με αρνητικά μόνο ιόντα, χωρίς οπές. Αυτά τα δυο τμήματα είναι «απογυμνωμένα» από τους φορείς τους και αποτελούν μαζί την περιοχή απογύμνωσης όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα.

Έξω από την περιοχή απογύμνωσης η δομή των ημιαγωγών δεν έχει αλλάξει και αποτελείται από ιόντα και φορείς. Αυτό συμβαίνει διότι για να μπορέσει ένα ηλεκτρόνιο να επανασυνδεθεί με μια οπή ή αντίστροφα, πρέπει να υπερπηδήσει την περιοχή απογύμνωσης, η οποία όμως με τη συγκέντρωση των ιόντων σ' αυτήν, αποτελεί ένα εμπόδιο και δημιουργεί ένα φραγμό δυναμικού. Το δυναμικό φραγμού παριστάνεται με V_O στο παραπάνω σχήμα και είναι μια διαφορά δυναμικού που η πολικότητα της αντιτίθεται στη διάχυση των φορέων.

Η επαφή ΡΝ που δημιουργήθηκε με τον πιο πάνω τρόπο λέγεται δίοδος ΡΝ διότι αφήνει να διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από αυτήν μόνο προς μια κατεύθυνση όπως θα δούμε στη συνέχεια.

Για να δημιουργηθεί μια δίοδος ΡΝ, συνδέονται τα άκρα των δυο ημιαγωγικών τμημάτων τύπου Ρ και Ν με μεταλλικές επαφές και έτσι δημιουργείται η άνοδος της διόδου από την πλευρά του ημιαγωγού Ρ και η κάθοδος της διόδου στην πλευρά Ν. Η δίοδος ΡΝ συμβολίζεται με ένα βέλος στην πλευρά Ρ και μια γραμμή στην πλευρά Ν.

Η δίοδος ΡΝ σε ορθή και ανάστροφη πόλωση

Στην προηγούμενη παράγραφο η επαφή ΡΝ ήταν ανοικτή, δηλαδή δεν υπήρχε εξωτερική τάση στα άκρα της. Όταν εφαρμοστεί εξωτερική τάση στα άκρα μιας διόδου, υπάρχουν δυο τρόποι σύνδεσης της πηγής: κατά την ορθή και κατά την ανάστροφη φορά.

Πόλωση κατά την ορθή φορά.

Μια δίοδος είναι πολωμένη κατά την ορθή φορά εάν η εξωτερική πηγή είναι συνδεμένη στο κύκλωμα ώστε ο θετικός πόλος της να είναι στο τμήμα Ρ της διόδου και ο αρνητικός πόλος στο τμήμα Ν της διόδου. Ως γνωστόν σε μια ηλεκτρική πηγή υπάρχει μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων στον αρνητικό πόλο και μεγάλος αριθμός θετικών φορτίων στο θετικό πόλο. Με την αγώγιμη σύνδεση της πηγής με τη δίοδο κατά την ορθή φορά, τα θετικά φορτία από τον θετικό πόλο της πηγής πηγαίνουν στο τμήμα Ρ της διόδου και τα ηλεκτρόνια πηγαίνουν στο τμήμα Ν.

Με τον τρόπο αυτό η συγκέντρωση των οπών στο τμήμα Ρ μεγαλώνει, η περιοχή απογύμνωσης γίνεται στενότερη και ορισμένες οπές με μεγάλη κινητική ενέργεια καταφέρνουν να υπερπηδήσουν το φραγμό δυναμικού και να μπούν στο τμήμα Ν της διόδου. Η ίδια διαδικασία συμβαίνει και με τα ηλεκτρόνια της περιοχής Ν που εισέρχονται στο τμήμα Ρ.

Όσο αυξάνει η εξωτερική τάση τόσο η περιοχή απογύμνωσης γίνεται μικρότερη μέχρι που μηδενίζεται και έχουμε ροή ρεύματος στο κύκλωμα που ονομάζεται ρεύμα ορθής φοράς ή ρεύμα διάχυσης Ι_F.

Η τιμή της εξωτερικής τάσης που πρέπει να εφαρμοστεί στη δίοδο για να διέλθει ρεύμα στο κύκλωμα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το δυναμικό φραγμού που είναι μερικά δέκατα του Volt (V≥V₀=0,3V για γερμάνιο και 0,5V για πυρίτιο). Το ρεύμα έχει μικρή τιμή μέχρι μια τάση που λέγεται τάση κατωφλίου ή γόνατος Vγ, μετά την οποία το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά. Η τάση γόνατος για μεν το γερμάνιο είναι 0,3V για δε το πυρίτιο είναι 0,7V.

Όσον αφορά δε το ρεύμα του εξωτερικού κυκλώματος αυτό είναι: I = I_F - I₀ όπου Ι₀ λέγεται ανάστροφο ρεύμα κόρου και είναι το ρεύμα που προέρχεται από την θερμική διέγερση του ημιαγωγού και η τιμή του είναι της τάξης των μικροαμπέρ (μΑ)

Πόλωση κατά την ανάστροφη φορά

Μια δίοδος ΡΝ είναι πολωμένη κατά την ανάστροφη φορά εάν ο θετικός πόλος της εξωτερικής πηγής είναι συνδεδεμένος με το τμήμα Ν της διόδου και ο αρνητικός πόλος με το τμήμα Ρ, όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα.

Μετά την αγώγιμη σύνδεση, τα θετικά φορτία από τον θετικό πόλο της πηγής εισέρχονται στο τμήμα Ν, σαν οπές και επανασυνδέονται με τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν εκεί σε μεγάλη συγκέντρωση. Με τον ίδιο μηχανισμό, τα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό πόλο της πηγής εισέρχονται στο τμήμα Ρ και επανασυνδέονται με τις οπές που υπάρχουν εκεί σε μεγάλη συγκέντρωση.

Με τις επανασυνδέσεις αυτές η περιοχή απογύμνωσης αυξάνει διότι δημιουργούνται περισσότερα «απογυμνωμένα» θετικά και αρνητικά ιόντα.

Ορισμένα ηλεκτρόνια που έχουν αρκετή κινητική ενέργεια διότι προκύπτουν από την διάσπαση των δεσμών των ατόμων του ημιαγωγού, υπερπηδούν και τη νέα περιοχή απογύμνωσης και έτσι στο κύκλωμα υπάρχει ρεύμα Ι₀που λέγεται ανάστροφο ρεύμα κόρου και είναι πολύ μικρό (της τάξης μΑ). Το ρεύμα μπορεί να αυξηθεί με παροχή εξωτερικής ενέργειας όπως θερμική, ηλεκτρική ή φωτεινή.

Χαρακτηριστική καμπύλη διόδου ΡΝ

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, κατά την ορθή πόλωση της διόδου με την αύξηση της τάσης θα υπάρχει κατ΄ αρχή ένα μικρό ρεύμα και μετά την τάση γόνατος Vγ μια μεγάλη αύξηση του ρεύματος. Αντίθετα, κατά την ανάστροφη φορά θα υπάρχει ένα πολύ μικρό ρεύμα, σχεδόν σταθερό, το οποίο θα αυξήσει ελάχιστα την τιμή του μέχρις ότου η τάση θα φθάσει μια ορισμένη τιμή, που καλείται τάση διάσπασης ή Zener, όποτε το ρεύμα αυξάνεται απότομα. Συνεπώς υπάρχουν τρεις περιοχές στη χαρακτηριστική καμπύλη I-V μιας διόδου: η περιοχή ορθής πόλωσης, η περιοχή ανάστροφης πόλωσης και η περιοχή διάσπασης. Στο σχήμα φαίνεται η τυπική χαρακτηριστική πυριτίου.

Μέθοδοι κατασκευής διόδων

Μέθοδος ακίδαςΗ δίοδος ακίδας κατασκευάζεται από μια ακίδα από λεπτό σύρμα βολφραμίου ή χρυσού πάνω σε μια πλάκα από κρύσταλλο γερμανίου ή πυριτίου τύπου Ν με λίγες προσμίξεις. Η πλάκα του κρυστάλλου στηρίζεται σε μια μεταλλική υποδοχή. Γύρω απο την αχμή της ακίδας τοποθετείται μικρή ποσότητα υλικού που περιέχει πρόσμιξη τύπου Ρ. Μεταξύ της ακίδας και του κρυστάλλου διαβιβάζεται ισχυρό ρεύμα για μικρό χρονικό διάστημα. Η θερμότητα που αναπτύσσεται γύρω από την ακίδα μετατρέπει μια μικρή περιοχή σε κρύσταλλο τύπου Ρ. Δημιουργείται μια κρυσταλλική επαφή ΡΝ αλλά με πολύ μικρή επιφάνεια.

Μέθοδος με διάχυση
Με την μέθοδο αυτή το υπόστρωμα του αρχικού ημιαγωγού τύπου Ρ ή Ν τοποθετείται σε περιβάλλον πεντασθενούς ή τρισθενούς στοιχείου αντίστοιχα και θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Τα άτομα του στοιχείου της πρόσμιξης λόγω του φαινομένου της διάχυσης εισχωρούν μέσα στο υπόστρωμα του ημιαγωγού δημιουργώντας με αυτό τον τρόπο την επαφή Ρ-Ν.

Μέθοδος με εμφύτευση
Σ΄αυτή τη μέθοδο τα άτομα της πρόσμιξης αφού ιονιστούν, επιταχύνονται με υψηλή τάση αποκτώντας μεγάλη ταχύτητα και κατευθύνονται σε υπόστρωμα καθαρού ημιαγωγού. Με την πρόσκρουση εισχωρούν σ΄αυτό σε βάθος που εξαρτάται από τη μάζα και την κινητική ενέργεια των ατόμων της πρόσμιξης. Μ' αυτό τον τρόπο δημιουργείται η επαφή Ρ-Ν.

Μέθοδος Planar
Με τη μέθοδο αυτή ένα υπόστρωμα ημιαγωγού τύπου Ρ ή Ν τοποθετείται σε ατμόσφαιρα υδρατμών ή οξυγόνου και έτσι η επιφάνεια του ημιαγωγού οξειδώνεται καλύπτοντας τη με Si₂O. Το Si₂O είναι πολύ σκληρό και ανθεκτικό υλικό και από ηλεκτρική άποψη είναι μονωτικό υλικό.

Στη συνέχεια γίνεται επιλεκτικά αφαίρεση τμημάτων Si₂O με φωτολιθογραφικές μεθόδους και στα τμήματα του υποστρώματα που έχει αφαιρεθεί το Si₂O με διάχυση ή εμφύτευση δημιουργούνται επαφές τύπου P-N.

Δίοδος μεταβλητής χωρητικότητας Varicap

Η δίοδος Varicap είναι μια δίοδος επαφής που στην κανονική λειτουργία της είναι πολωμένη ανάστροφα. Σε κατάσταση ανάστροφης πόλωσης, η περιοχή απογύμνωσης αυξάνει και τα στατικά φορτία εμφανίζουν χωρητικότητα στην περιοχή αυτή.

Μεταβάλλοντας την ανάστροφη τάση, μεταβάλλεται το εύρος της περιοχής απογύμνωσης, συνεπώς και το πλήθως των στατικών φορτίων, έτσι έχουμε μεταβολή της χωρητικότητας της επαφής ΡΝ. Παρατηρείται αύξηση της χωρητικότητας με τη μείωση της ανάστροφης τάσης της διόδου. Συγκεκριμένα η χωρητικότητα μιας διόδου Varicap μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα της τετραγωνικής ή κυβικής ρίζας της ανάστροφης τάσης, ανάλογα τον τρόπο κατασκευής της διόδου.

Οι δίοδοι Varicap χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υψηλών συχνοτήτων, όπως είναι τα κυκλώματα επιλογής (Tuner) των δεκτών ραδιοφώνου, τηλεόρασης κλπ. Οι δίοδοι αυτές πλεονεκτούν απέναντι στους μεταβλητούς πυκνωτές, στο μικρό όγκο και βάρος. Ακόμα οι δίοδοι Varicap χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα διαμόρφωσης FM σε κυκλώματα παραγωγής αρμονικών ταλαντώσεων κλπ.

 

Δίοδος Zener

Όταν μια συνηθισμένη δίοδος πολωθεί ανάστροφα και η ανάστροφη τάση φτάσει μια τιμή Vz που ονομάζεται τάση Zener

εμφανίζεται το φαινόμενο της χιονοστιβάδας. Τότε η δίοδος άγει απότομα μεγάλα ρεύματα και καταστρέφεται.

Οι δίοδοι Zener είναι δίοδοι που είναι κατασκευασμένες να λειτουργούν ανάστροφα πολωμένες στην περιοχή της τάσης Zener. Χρησιμοποιούνται κυρίως στα κυκλώματα για σταθεροποίησης τάσης και για ψαλιδισμό κυματομορφών.

Οι δίοδοι Zener είναι δίοδοι με μεγάλη πυκνότητα προσμίξεων που η πυκνότητα τους καθορίζει το εύρος της περιοχής απογύμνωσης, συγκεκριμένα όσο το ποσοστό πρόσμιξης αυξάνεται, τόσο η τάση Zener ελαττώνεται.

Δίοδοι σήραγγας (Tunnel)

Οι δίοδοι σήραγγας είναι κατασκευασμένες με πολύ μεγαλύτερη ποσότητα προσμίξεων απ' ότι είναι συνήθως κατασκευασμένες οι απλές δίοδοι. Η μεγάλη πυκνότητα προσμίξεων της διόδου σήραγγας έχει σαν αποτέλεσμα η περιοχή απογύμνωσης να είναι πάρα πολύ λεπτή, με αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου σήραγγας, κατά το οποίο πολλά ηλεκτρόνια υπερνικούν το φραγμό δυναμικού χωρίς να έχουν την απαιτούμενη ενέργεια για το σκοπό αυτό.

Οι δίοδοι tunnel χρησιμοποιούνται σε πάρα πολλές εφαρμογές, κυρίως σε ταλαντωτές και ενισχυτές πολύ υψηλής συχνότητας, σε κυκλώματα μεγάλης ταχύτητας που τέτοια συναντάμε στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές.

Φωτοδίοδος

Η φωτοδίοδος είναι μια ανάστροφα πολωμένη επαφή ΡΝ, στην οποία το ανάστροφο ρεύμα μεταβάλλεται ανάλογα με τη φωτεινή ροή της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Αυτό οφείλεται στο ότι η προσπίπτουσα ακτινοβολία έχει την ικανότητα να προκαλέσει μέσα στην περιοχή απογύμνωσης τη γένεση ζευγαριών οπών-ηλεκτρονίων με τη διάσπαση των ομοιοπολικών δεσμών.

Αν η φωτοδίοδος πολωθεί κατά την αντίστροφη φορά και δεν προσπίπτει φως, τότε το διερχόμενο ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα είναι πολύ μικρό της τάξης των μΑ και λέγεται ρεύμα σκότους. Αν την φωτίσουμε με φως κατάλληλης συχνότητας, το αντίστροφο ρεύμα αυξάνει σημαντικά και είναι ανάλογο προς την φωτεινή ροή της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.

Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικές διατάξεις αυτομάτου ελέγχου, στον κινηματογράφο, σε μηχανήματα ελέγχου και ρύθμισης του φωτός, σε αυτόματους διακόπτες, στα συστήματα πυρασφάλειας κλπ.

Δίοδος LED

To LED είναι μια δίοδος η οποία αν πολωθεί ορθά εκπέμπει φως σ' ένα από τα χρώματα: κόκκινο, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί ή μπλέ. Η αρχή λειτουργίας τους είναι η εξής: Όταν η δίοδος LED είναι πολωμένη κατά την ορθή φορά, δημιουργούνται επανασυνδέσεις ηλεκτρονίων-οπών στην επαφή της διόδου. Με την επανασύνδεση ελευθερώνεται ενέργεια από τα ηλεκτρόνια που επιστρέφουν στη ζώνη αγωγιμότητας. Η ενέργεια αυτή εμφανίζεται σαν κβαντική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Οι δίοδοι LED λειτουργούν με ορθή πόλωση. Ο ακροδέκτης της καθόδου βρίσκεται κοντά στο κοφτό μέρος του περιβλήματος του και συνδέεται με το αρνητικό σημείο του κυκλώματος. Πολλές φορές ο ακροδέκτης αυτός δείχνεται με το μικρότερο μήκος. Ο άλλος ακροδέκτης είναι αυτός της ανόδου και συνδέεται με το θετικό σημείο του κυκλώματος.

Η κανονική τάση λειτουργίας μιας διόδου LED είναι κατα μέσο όρο 2V. Η τιμή αυξάνεται όταν μεταβαίνουμε από το υπέρυθρο (1,5V) προς το μπλε (3,7V) και το κανονικό ρεύμα λειτουργίας για αρκετά ικανοποιητική φωτεινή ένταση εκμπομπής είναι μεταξύ 10 και 20mA.

Οι δίοδοι LED χρησιμοποιούνται σήμερα κυρίως σαν ενδεικτικά στοιχεία σ' ένα μεγάλο πλήθος ηλεκτρονικών διατάξεων, χρησιμοποιούνται σε όργανα μέτρησης, σε κυκλώματα ελέγχου, σε συστήματα επικοινωνιών, για την δημιουργία οπτικών εφέ κλπ.

Συμβολισμός των διόδων

Θεωρία ημιαγωγών

Ενδογενείς ημιαγωγοί

Δομή του ατόμου

Σήμερα γνωρίζουμε ότι η ύλη αποτελείται από ενώσεις ατόμων, δημιουργώντας τις πολυάριθμες χημικές ενώσεις που υπάρχουν γύρω μας. Τα άτομα έχουν ένα κεντρικό πυρήνα που αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια και γύρω απ' αυτόν περιφέρονται τα ηλεκτρόνια σε στιβάδες. Τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο και τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο, που τα φορτία τους είναι ίσα κατά απόλυτη τιμή. Τα νετρόνια είναι ουδέτερα ή δεν έχουν φορτίο. Αφού το άτομο είναι ουδέτερο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων του είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων του.

Αγωγοί – μονωτές

Στους αγωγούς, εν αντιθέσει με τους μονωτές, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στην εξωτερική στιβάδα (που ονομάζονται ηλεκτρόνια σθένους), είναι χαλαρά συνδεμένα με τον πυρήνα και έτσι μπορούν να διαφεύγουν περιφερόμενα μέσα στο σώμα του αγωγού. Χάρη σ' αυτό το φαινόμενο οφείλεται η διέλευση ηλεκτρικών φορτίων, δηλαδή η αγωγιμότητα των αγωγών. Για παράδειγμα ο χαλκός έχει υψηλή αγωγιμότητα, διότι στο άτομο του έχει ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική στοιβάδα. Επειδή βρίσκεται τόσο μακριά από τον πυρήνα, ελάχιστα αντιλαμβάνεται την ελκτική δύναμη του και έτσι καταφέρνει και ξεφεύγει από το άτομο δημιουργώντας ένα σύνολο από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται εύκολα από το ένα άτομο στο άλλο και έτσι μπορούν να σχηματίσουν μεγάλο ρεύμα στον αγωγό με ελάχιστη τάση.

Ημιαγωγοί

Το γερμάνιο (Ge) και το πυρίτιο (Si) έχουν στο άτομο τους τέσσερα ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους (εξωτερική στιβάδα) και είναι
 δυο παραδείγματα ημιαγωγών, όπως λέγονται, δηλαδή υλικών που δεν είναι ούτε αγωγοί αλλά ούτε μονωτές.

Όταν τα άτομα πυριτίου συνδυάζονται για να σχηματίσουν στερεό, διατάσσονται αυτόματα, σε μια κανονική δομή που λέγεται κρύσταλλος. Σ' αυτή τη δομή, κάθε ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στοιβάδας του ατόμου συνδέεται με ένα ηλεκτρόνιο από τα γειτονικά άτομα, σχηματίζοντας ομοιοπολικούς δεσμούς. Έτσι μ' αυτό τον τρόπο, το άτομο του πυριτίου καταφέρνει να συμπληρώσει την εξωτερική στοιβάδα με οκτώ ηλεκτρόνια, αποκτώντας χημική ευστάθεια.

Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, τα άτομα των κρυστάλλων εκτελούν τυχαίες ταλαντώσεις γύρω από τη θέση ισορροπίας τους. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τόσο μεγαλύτερο γίνεται το πλάτος αυτών των ταλαντώσεων. Έτσι ορισμένοι ομοιοπολικοί δεσμοί με θερμική διέγερση σπάζουν και το αποδεσμευμένο ηλεκτρόνιο αποκτά επιπλέον ενέργεια ώστε να γίνει ελεύθερο και να κινείται εύκολα στον κρύσταλλο. Η απομάκρυνση του ηλεκτρονίου αφήνει ένα κενό στη στιβάδα σθένους που λέγεται οπή. Αυτή η οπή συμπεριφέρεται σαν θετικό φορτίο, με την έννοια ότι μπορεί να έλκει και να συλλαμβάνει κάθε ηλεκτρόνιο σθένους που βρίσκεται σε γειτονικό άτομο, δημιουργώντας οπή σ' αυτό. Έτσι η οπή καταφέρνει να κινείται στο σώμα του ημιαγωγού, και η κίνηση της θα διακοπεί όταν «επανασυνδεθεί» με ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο και αλληλοεξουδετερωθούν.

Όταν εφαρμοστεί ένα ηλεκτρικό πεδίο στον ημιαγωγό, οι οπές θα κινηθούν με κατεύθυνση αντίθετη από εκείνη των ελεύθερων ηλεκτρονίων, σχηματίζοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι σε ένα καθαρό ημιαγωγό, του οποίου όλα τα άτομα είναι ίδια, το ηλεκτρικό ρεύμα που το διαρρέει, έχει δυο ίσες συνιστώσες: ενός ρεύματος ηλεκτρονίων και ενός ρεύματος οπών, διότι σε ένα καθαρό ημιαγωγό, ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ελεύθερων οπών. Ένας τέτοιος ημιαγωγός ονομάζεται ενδογενής ημιαγωγός.

Σε έναν ημιαγωγό η συγκέντρωση (αριθμός/κυβικό εκατοστό) των ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών δεν αυξάνεται συνεχώς λόγω θερμικής διέγερσης. Ο μηχανισμός επανασύνδεσης, που είναι ανάλογος των συγκεντρώσεων τους, οδηγεί σε μια κατάσταση ισορροπίας όπου οι ρυθμοί γένεσης και επανασύνδεσης εξισώνονται. Αυτή η διαδικασία καθορίζει τις συγκεντρώσεις των ηλεκτρονίων και των οπών σε ένα καθαρό ημιαγωγό σε κάθε θερμοκρασία και κατ' επέκταση την αγωγιμότητα και ειδική αντίσταση του σε κάθε θερμοκρασία. Πρέπει να σημειωθεί ότι σε έναν καθαρό ημιαγωγό η αντίσταση ελαττώνεται εκθετικά με τη θερμοκρασία.

Ημιαγωγοί Προσμίξεων

Οι ενδογενείς ημιαγωγοί έχουν ίσες συγκεντρώσεις ηλεκτρονίων και οπών, γι' αυτό το λόγο οι εφαρμογές τους είναι περιορισμένες για το λόγο ότι η αντίσταση τους μεταβάλλεται πολύ έντονα όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή όταν φωτίζονται. Αν σε έναν ενδογενή ημιαγωγό προστεθεί μια πολύ μικρή ποσότητα ενός στοιχείου της τρίτης ή της πέμπτης ομάδας του περιοδικού πίνακα, ο ημιαγωγός αποκτά προσμίξεις. Η διαδικασία προσθήκης προσμίξεων ονομάζεται εμπλουτισμός και το υλικό εμπλουτισμένος ημιαγωγός. Σε ένα τέτοιο ημιαγωγό όπου οι προσμίξεις καθορίζουν τις συγκεντρώσεις των ηλεκτρονίων και των οπών, ο ημιαγωγός πάει να είναι ενδογενείς. Επειδή οι συγκεντρώσεις των ηλεκτρονίων και των οπών καθορίζονται πλέον από ένα εξωγενή παράγοντα, δηλαδή τις προσμίξεις, ο ημιαγωγός ονομάζεται εξωγενής ημιαγωγός. Το είδος των προσμίξεων που θα χρησιμοποιηθεί θα καθορίσει αν η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων θα είναι μεγαλύτερη από εκείνη των οπών ή συγκέντρωση των οπών μεγαλύτερη από εκείνη των ηλεκτρονίων. Στην πρώτη περίπτωση ο ημιαγωγός καλείται τύπου Ν και στη δεύτερη τύπου Ρ, από το γεγονός ότι τα φορτία που άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ηλεκτρόνια δηλ. αρνητικά ή οπές δηλ. θετικά, αντίστοιχα. Σε ένα τέτοιο ημιαγωγό οι προσμίξεις καταλαμβάνουν θέσεις των ατόμων του υλικού και σχηματίζουν δεσμούς.

Ημιαγωγοί τύπου Ν

Οι ημιαγωγοί τύπου Ν δημιουργούνται όταν σε ένα ημιαγωγό όπως το πυρίτιο ή το γερμάνιο προστεθεί πολύ μικρή ποσότητα ενός στοιχείου της πέμπτης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Τα στοιχεία που συνήθως χρησιμοποιούνται ως προσμίξεις είναι το αρσενικό, ο φώσφόρος και το αντιμόνιο ενώ η ποσότητα που απαιτείται είναι της τάξης μερικών μερών στο εκατομμύριο, δηλαδή σε κάθε ένα εκατομμύριο άτομα πυριτίου ή γερμανίου υπάρχουν μερικά άτομα αρσενικού ή φωσφόρου. Τα άτομα της πρόσμιξης ενσωματώνονται στην κρυσταλλική δομή του ημιαγωγού, καταλαμβάνουν θέσεις των ατόμων του και σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με τα γειτονικά άτομα. Επειδή τα άτομα της πέμπτης ομάδας του περιοδικού πίνακα έχουν πέντε ηλεκτρόνια στη στοιβάδα σθένους, όταν καταλάβουν μια θέση σε ένα άτομο του ημιαγωγού θα χρησιμοποιήσουν τα τέσσερα για το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών και θα παραμείνει αδιάθετο ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο θα περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα της πρόσμιξης. Το ηλεκτρόνιο αυτό μπορεί, σε θερμοκρασία δωματίου, να απομακρυνθεί πολύ πιο εύκολα από ότι ένα ηλεκτρόνιο στον ενδογενή ημιαγωγό. Επειδή το πεντασθενές στοιχείο πρόσμιξης «δίνει» στον ημιαγωγό ηλεκτρόνια, ονομάζεται δότης. Στη συνέχεια το άτομο της πρόσμιξης ιονίζεται και αποκτά θετικό φορτίο. Επειδή η απομάκρυνση του ηλεκτρονίου από το δότη είναι πολύ πιο εύκολη από ότι από ένα άτομο του ημιαγωγού, έχουμε ελεύθερα ηλεκτρόνια από τον δότη, ενώ ο «δανεισμός» ενός ηλεκτρονίου από κάποιο γειτονικό άτομο θα είναι δύσκολος και έτσι έχουμε ελάχιστες οπές. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το θετικό φορτίο να παραμένει ακίνητο στο δότη και στον ημιαγωγό να κινούνται τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Έτσι η προσθήκη δοτών έχει ως αποτέλεσμα να υπάρχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια και πολύ λίγες οπές στον ημιαγωγό. Συνεπώς σε ένα ημιαγωγό τύπου Ν το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται κυρίως από ένα είδος φορτίου, τα ηλεκτρόνια, τα οποία ονομάζονται και φορείς πλειονότητας ή πλειοψηφίας. Αντίθετα οι οπές στους ημιαγωγούς τύπου Ν ονομάζονται φορείς μειονότητας ή μειοψηφίας. Τέλος η αύξηση της συγκέντρωσης των δοτών σε ένα ημιαγωγό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσης των ηλεκτρονίων και συνεπώς της αγωγιμότητας του.

Ημιαγωγοί τύπου Ρ

Οι ημιαγωγοί τύπου Ρ δημιουργούνται όταν σε ένα ημιαγωγό όπως, το πυρίτιο ή το γερμάνιο, προστεθεί πολύ μικρή ποσότητα ενός στοιχείου της τρίτης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται συνήθως ως προσμίξεις είναι το βόριο, το γάλλιο και το ίνδιο ενώ η ποσότητα που απαιτείται είναι, όπως και στους ημιαγωγούς τύπου Ν, της τάξης των μερικών μερών στο εκατομμύριο. Τα άτομα της πρόσμιξης καταλαμβάνουν θέσεις των ατόμων του ημιαγωγού. Επειδή τα άτομα της τρίτης ομάδας του περιοδικού πίνακα έχουν τρία ηλεκτρόνια στη στοιβάδα σθένους, όταν καταλάβουν μια θέση ενός ατόμου του ημιαγωγού, θα χρησιμοποιήσουν όλα τα ηλεκτρόνια σθένους για το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών. Έτσι θα παραμείνει ένα γειτονικό άτομο του ημιαγωγού, το οποίο θα απαιτεί ένα ηλεκτρόνιο για να σχηματίσει την πλήρη δομή των οκτώ ηλεκτρονίων στην εξωτερική στοιβάδα του. Το απαιτούμενο ηλεκτρόνιο αυτό θα το «δανειστεί» από κάποιο γειτονικό άτομο του ημιαγωγού. Το ηλεκτρόνιο που θα καταλάβει, με αυτό τον τρόπο, την κενή θέση θα ιονίσει με αρνητικό φορτίο το άτομο της τρίτης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Η διαδικασία αυτή αντιστοιχεί με την «απελευθέρωση» μιας οπής και επειδή τα άτομα αυτά αποδέχονται ένα ηλεκτρόνιο ονομάζονται αποδέκτες. Η δομή των δεσμών ενός αποδέκτη κάνει πολύ πιο εύκολη την απελευθέρωση μιας οπής από ότι μπορεί να συμβεί σε ένα άτομο του ημιαγωγού σε θερμοκρασία δωματίου. Το ηλεκτρόνιο που έχει καλύψει το έλλειμμα του δεσμού παραμένει ακίνητο στον αποδέκτη. Στους ημιαγωγούς τύπου Ρ υπάρχουν και ελεύθερα ηλεκτρόνια, των οποίων όμως η συγκέντρωση είναι πολύ μικρότερη από αυτή των οπών. Έτσι η προσθήκη αποδεκτών έχει ως αποτέλεσμα να υπάρχουν πολλές οπές και πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια στον ημιαγωγό. Σε ένα ημιαγωγό τύπου Ρ οι φορείς πλειονότητας είναι οπές, ενώ οι φορείς μειονότητας τα ηλεκτρόνια. Τέλος, η αύξηση της συγκέντρωσης των αποδεκτών σε ένα ημιαγωγό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσης των οπών και συνεπώς της αγωγιμότητας του. Στους εξωγενείς ημιαγωγούς η τιμή της ειδικής αντίστασης είναι σταθερή σε μια ευρεία περιοχή θερμοκρασιών, εν αντιθέσει με τους ενδογενείς ημιαγωγούς που δεν είναι σταθερή. Αυτό προκύπτει από την ευκολία με την οποία παρέχουν φορείς οι δότες ή αποδέκτες σε ημιαγωγό τύπου Ν ή τύπου Ρ αντίστοιχα.