Preguntas sobre diodos electrónicos y diodos de cristal. ¡urgente! ¡Puntuación alta!

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Descripción de la pregunta:

¿Qué son los diodos electrónicos, los transistores, los diodos de cristal y los transistores? ¿Cuál es el gran uso? ¿Cómo se inventó? ¿Qué es un diodo de vacío? ¿Qué tipo de desarrollo se ha producido en los diodos y transistores en los últimos años?

Lo mejor es hablar de las personas, experimentos y cosas interesantes relacionadas con esto.

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Análisis:

Un hito en el desarrollo de la tecnología electrónica: el transistor

Ahora los transistores y los microcircuitos son casi omnipotentes y ubicuos. Todo, desde audífonos, radios, grabadoras y televisores en la vida diaria de las personas hasta instrumentos de laboratorio, equipos de producción industrial y defensa, computadoras, robots, discos voladores espaciales, etc., son inseparables de los transistores. No es exagerado decir que el transistor sentó las bases de la tecnología electrónica moderna.

Pero ¿qué es exactamente un transistor? ¿Cómo se inventó? Un paso esencial: la aparición del tubo de electrones. En 1883, el mundialmente famoso inventor Edison inventó el primer tubo incandescente. La invención de la luz eléctrica trajo luz y calidez a las personas que vivían en la oscuridad. Durante este proceso, Edison también descubrió un extraño fenómeno: un trozo de hierro al rojo vivo emitiría una nube de electrones. Las generaciones posteriores lo llamaron efecto Edison. Un día de 1884, un inventor británico llamado Fleming cruzó el océano y llegó a Estados Unidos, donde visitó a Edison, a quien admiraba desde hacía mucho tiempo. Durante el encuentro entre estos dos grandes inventores, Edison demostró una vez más el Efecto Edison. Desafortunadamente, debido a las limitaciones de las condiciones técnicas de la época, tanto Edison como Fleming estaban desconcertados por este efecto y no sabían qué se podía hacer con él.

En 1904, Fleming inventó el primer tubo de electrones añadiendo una placa delante de un cable eléctrico (filamento) calentado al vacío. A este tipo de tubo de electrones con dos polos lo llamó diodo. Utilizando el tubo de electrones recién inventado, la corriente se puede rectificar para hacer funcionar el receptor del teléfono u otro dispositivo de grabación. Hoy en día, cuando encendemos una radio de tubo normal, podemos ver fácilmente el tubo con su filamento ardiendo en rojo. Es el corazón de los equipos electrónicos y el punto de partida para el desarrollo de la industria electrónica.

El diodo de Fleming fue un invento completamente nuevo. Funciona muy bien en el laboratorio. Sin embargo, por alguna razón desconocida, no tuvo mucho éxito en el uso práctico como geófono y no era tan confiable como el geófono mineral inventado al mismo tiempo. Por tanto, no tuvo ningún impacto en el desarrollo de la radio en ese momento.

Poco después, el empobrecido inventor estadounidense DeForest añadió inteligentemente una rejilla entre el filamento y la placa del diodo, inventando así el primer triodo de vacío. En realidad, este pequeño cambio trajo resultados inesperados. No sólo es más responsivo y capaz de emitir música o vibraciones sonoras, sino que integra tres funciones: detección, amplificación y oscilación. Por lo tanto, mucha gente considera la invención del triodo como el verdadero punto de partida de la industria electrónica. El propio De Forest también se sorprendió mucho y pensó: "Descubrí un imperio invisible en el aire". La llegada de los tubos de electrones impulsó el vigoroso desarrollo de la radioelectrónica. Alrededor de 1960, la industria de la radio en los países occidentales tenía una producción anual de mil millones de tubos de radio. Además de utilizarse en amplificadores telefónicos y comunicaciones marítimas y aéreas, los tubos de vacío también han penetrado ampliamente en el campo del entretenimiento doméstico, la transmisión de noticias, programas educativos, literatura, arte y música a miles de hogares. Incluso la invención y el desarrollo posterior de aviones, radares y cohetes se vieron favorecidos por los tubos electrónicos.

El tubo mágico de tres patas fue una vez una herramienta útil en la investigación de la electrónica. Los dispositivos de tubo electrónicos han dominado el campo de la tecnología electrónica durante más de 40 años. Sin embargo, es innegable que los tubos electrónicos son muy pesados, consumen mucha energía, tienen una vida útil corta, hacen mucho ruido y el proceso de fabricación también es muy complicado. Por lo tanto, poco después de la aparición del tubo de electrones, la gente intentaba encontrar nuevos dispositivos electrónicos. Durante la Segunda Guerra Mundial, las deficiencias de los tubos electrónicos quedaron aún más expuestas. Los tubos electrónicos comunes utilizados en la banda de frecuencia operativa del radar tienen efectos extremadamente inestables. Los tubos electrónicos utilizados en equipos y equipos militares móviles son más torpes y propensos a fallar. Por lo tanto, las debilidades inherentes del tubo de electrones en sí y las necesidades urgentes en tiempos de guerra han llevado a muchas instituciones de investigación científica y científicos a concentrarse en desarrollar rápidamente componentes sólidos que puedan reemplazar funcionalmente al tubo de electrones.

Ya en los años 30, ya se había intentado fabricar componentes electrónicos sólidos. Sin embargo, en ese momento, la mayoría de la gente fabricaba directamente triodos sólidos imitando el método de fabricación de triodos de vacío. Por lo tanto estos intentos son sin excepción.

Todo falló.

Un día de junio de 2008, en una sala de los Laboratorios Bell en Estados Unidos, una radio muy común y corriente sonaba música suave. Muchos visitantes se detenían frente a ella. ¿Por qué a todo el mundo le gusta tanto esta radio? Resultó que esta era la primera radio que no usaba tubos de vacío, sino que los reemplazaba con un nuevo componente sólido: un transistor. Aunque la gente mostró mucho interés en esta radio. Sin embargo, no quedaron impresionados por el transistor en sí. Un periodista del New York Herald Tribune de Estados Unidos escribió en el informe: "Este dispositivo aún se encuentra en la etapa de laboratorio y los ingenieros creen que su innovación en la industria electrónica es limitada, de hecho, después de la invención del transistor". Durante un largo período de tiempo, su influencia de gran alcance se revelará rápidamente. Completó una verdadera revolución en el campo de la electrónica.

¿Qué es un transistor? En términos sencillos, un transistor es un componente electrónico sólido hecho de semiconductores. Los metales como el oro, la plata, el cobre y el hierro tienen buena conductividad eléctrica y se denominan conductores. La madera, el vidrio, la cerámica, la mica, etc. no conducen la electricidad con facilidad y se denominan aislantes. Las sustancias cuya conductividad eléctrica se encuentra entre conductores y aislantes se denominan semiconductores. Los transistores están hechos de materiales semiconductores. Los materiales más comunes son el germanio y el silicio.

El semiconductor es un material descubierto recién a finales del siglo XIX. En ese momento, la gente no descubrió el valor de los semiconductores, por lo que no prestaron atención a la investigación de semiconductores. No fue hasta la Segunda Guerra Mundial que, debido al desarrollo de la tecnología de radar, la aplicación de dispositivos semiconductores (detectores de minerales por microondas) se volvió cada vez más madura y desempeñó un papel importante en el ejército, lo que despertó el interés de la gente por los semiconductores. Muchos científicos han invertido en investigaciones en profundidad sobre los semiconductores. Después de un intenso trabajo de investigación, los físicos estadounidenses Shockley, Bardeen y Bratton tomaron la iniciativa y colaboraron para inventar el transistor, un componente sólido semiconductor de tres puntos. Al transistor se le conoce como el "mago de tres patas". Su invención es un gran acontecimiento de importancia histórica en la historia de la tecnología electrónica. Marcó el comienzo de una nueva era: la era de la tecnología electrónica de estado sólido. Los tres también ganaron el máximo galardón científico en 1956, el Premio Nobel de Física, por sus investigaciones sobre los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor.

El grupo Shockley y el transistor El estadounidense William Shockley nació en Londres el 13 de febrero de 1910. Estudió física cuántica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Estados Unidos, tras doctorarse en esa escuela en 1936. , ingresó al prestigioso Working at Bell Labs. Bell Labs fue fundado por Bell, el inventor del teléfono. Es el instituto de investigación más famoso en el campo de la electrónica, especialmente las comunicaciones, y se le conoce como el "Reino de la Investigación". Ya en 1936, Mervyn Kelly, entonces director del departamento de investigación y más tarde presidente de los Laboratorios Bell, dijo a Shockley que, para adaptarse a las crecientes necesidades de las comunicaciones, la conmutación electrónica sustituiría definitivamente a la conmutación mecánica del teléfono. sistema en el futuro. Este pasaje dejó una impresión imborrable en Shockley, inspirándolo a estar lleno de entusiasmo y dedicar su vida a la causa del avance de la tecnología electrónica. Walter Bratton también era estadounidense. Nació el 10 de febrero de 1902 en Xiamen, una hermosa ciudad en el sur de China. En ese momento, su padre trabajaba como maestro en China. Bratton era un experto experimental. Después de doctorarse en la Universidad de Minnesota en 1929, ingresó al Instituto de Investigación Bell para dedicarse a la investigación de tubos de vacío. El gentil y elegante estadounidense Bardeen era hijo de un profesor universitario. Nació en Madison, Wisconsin, EE. UU. en 1908. Recibió dos títulos de la Universidad de Wisconsin en 1928 y 1929. Posteriormente se trasladó a la Universidad de Princeton para estudiar física del estado sólido y se doctoró en 1936. Llegó a trabajar a Bell Labs en 1945. Mervyn Kelly es un director de tecnología visionario. Desde la década de 1930, se ha centrado en encontrar y adoptar nuevos materiales y dispositivos amplificadores electrónicos que funcionen según nuevos principios. Antes y después de la Segunda Guerra Mundial, su gran visión de la investigación científica le impulsó a decidirse decididamente a reforzar la investigación básica sobre semiconductores para abrir nuevas áreas de la tecnología electrónica. Por lo tanto, en el verano de 1945, los Laboratorios Bell decidieron oficialmente centrarse en la física del estado sólido como su principal dirección de investigación y formularon un enorme plan de investigación para este propósito. La invención del transistor fue una parte importante de este plan. En enero de 1946, se estableció formalmente el grupo de investigación de física del estado sólido de Bell Labs. Este grupo está basado en Xiao Ke.

En 1988, se creó la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio para encargarse de la investigación militar y aeroespacial. Invirtió cantidades astronómicas de dinero para lograr la miniaturización y el aligeramiento de los equipos electrónicos. Fue bajo la influencia de esta feroz carrera armamentista y sobre la base de la tecnología de transistores existente que nació una tecnología emergente, que es el circuito integrado que brilla hoy. Con los circuitos integrados, las computadoras, televisores y otros equipos estrechamente relacionados con la vida social humana no sólo son más pequeños, sino también cada vez más funcionales, lo que aporta una gran comodidad al trabajo, el estudio y el entretenimiento de la gente moderna. Entonces, ¿qué es un circuito integrado? Un circuito integrado se compone de miles de transistores, resistencias, condensadores y cables de conexión en un chip semiconductor extremadamente pequeño de unos pocos milímetros cuadrados. Es verdaderamente un lugar donde se pueden desplegar miles de tropas. Es una combinación orgánica de materiales, componentes y transistores.

La llegada de los circuitos integrados es inseparable de la tecnología de transistores. Sin transistores no habría circuitos integrados. En esencia, los circuitos integrados son la continuación del proceso de fabricación de cristales planos de epitaxia de transistores más avanzado. La idea de los circuitos integrados estaba estrechamente relacionada con el transistor. En 1952, Dammer, un famoso científico del Royal Radar Institute, señaló en una conferencia: "Con la aparición de los transistores y la investigación exhaustiva sobre los semiconductores, ahora parece concebible que los futuros dispositivos electrónicos no tengan cables de conexión. "Componentes sólidos. " Aunque la idea de Dahmer no se ha llevado a la práctica, señaló la dirección para una investigación en profundidad por parte de la gente.

Más tarde, un estadounidense llamado Kilby siguió los pasos de Dahmer y se embarcó en el accidentado camino del estudio de componentes sólidos. Kilby se graduó en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Illinois. Por casualidad, en 1952, Kilby asistió a una conferencia sobre transistores en los Laboratorios Bell. El creativo Kilby quedó inmediatamente fascinado por esa pequeña cosa llamada transistor.

En aquel momento, estaba a cargo de un proyecto de investigación sobre audífonos en una empresa. Kilby, que estaba obsesionado con los transistores, no pudo evitar querer utilizar transistores en audífonos y lo logró. Desarrolló un método sencillo para montar el transistor directamente sobre la lámina de plástico y sellarlo con cerámica. Su éxito inicial llevó a su creciente interés por los transistores. En busca de un mayor desarrollo, Kilby ingresó a Texas Instruments en mayo de 1958. En ese momento, la empresa participaba en un programa de microcomponentes del Cuerpo de Señales de Estados Unidos. Kilby tenía muchas esperanzas de mostrar su talento en este plan. Su fuerte autoestima lo impulsó a decidirse a participar en este plan con su propia sabiduría y trabajo duro. Por lo tanto, a menudo se sumergía solo en la fábrica, pensando en formas de utilizar semiconductores para fabricar circuitos completos. No recuerdo cuántos pensamientos difíciles, cuántos experimentos, cuántos reveses, y después de un largo período de lucha en solitario, en 1959, finalmente nació una placa de circuito integrado en manos de Kilby.

En marzo del mismo año, este producto se exhibió en la Sociedad de Ingenieros de Radio. Shepherd, vicepresidente de Texas Instruments en ese momento, anunció con orgullo que este era "el resultado de desarrollo más importante de Texas Instruments después del transistor de silicio". El rápido desarrollo de circuitos integrados basados ​​en tecnología de transistores ha traído consigo rápidos avances en la tecnología microelectrónica.

El avance continuo de la tecnología microelectrónica ha reducido en gran medida el costo de los transistores. En 1960, producir un transistor costaba 10 dólares. Hoy en día, el costo de un transistor integrado en un circuito integrado es menos de 10. Dólares estadounidenses a 1 centavo. Esto hace que los transistores se utilicen más ampliamente.

No sólo eso, la tecnología microelectrónica cambiará fundamentalmente la vida humana a través de la miniaturización, la automatización, la informatización y la robotización. Está impactando muchos aspectos de la vida humana: la producción laboral, la familia, la política, la ciencia, la guerra y la paz.

Durante el proceso de funcionamiento del tiristor T, su ánodo A y su cátodo K están conectados a la fuente de alimentación y la carga para formar el circuito principal del tiristor. La puerta G y el cátodo K del tiristor están conectados. al dispositivo que controla el tiristor para formar el circuito de control del tiristor.

Condiciones de trabajo del tiristor:

1. Cuando el tiristor se somete al voltaje inverso del ánodo, el tiristor está en un estado de cortocircuito independientemente del voltaje de la compuerta.

2. Cuando el tiristor está sujeto a un voltaje de ánodo directo, el tiristor solo conducirá cuando la compuerta esté sujeta a un voltaje directo.

3. Cuando el tiristor está encendido, siempre que haya un cierto voltaje de ánodo directo, el tiristor permanecerá encendido independientemente del voltaje de la puerta. Es decir, después de encender el tiristor, el tiristor permanecerá encendido. La puerta perderá su función.

4. Cuando el tiristor está encendido, cuando el voltaje (o corriente) del circuito principal disminuye hasta cerca de cero, el tiristor se apaga.

Analice el proceso de trabajo desde el interior del tiristor:

El tiristor es un dispositivo de tres terminales de cuatro capas. Tiene tres uniones PN J1, J2 y J3. 1. El NP en el medio se puede dividir en dos partes para formar un tubo compuesto de un transistor tipo PNP y un transistor tipo NPN Figura 2

Cuando el tiristor se somete al voltaje directo del ánodo, en orden Para que el tiristor conduzca cobre, la unión PN que soporta el voltaje inverso debe ser J2 pierde su efecto de bloqueo. La corriente del colector de cada transistor en la Figura 2 es simultáneamente la corriente de base del otro transistor. Por lo tanto, cuando fluye suficiente corriente de puerta Ig hacia los dos circuitos de transistores que se combinan entre sí, se formará una fuerte retroalimentación positiva, lo que hará que los dos transistores estén saturados y sean conductores, y el transistor esté saturado y sea conductor.

Supongamos que las corrientes del colector del tubo PNP y del tubo NPN son Ic1 e Ic2; las corrientes del emisor son Ia e Ik; los coeficientes de amplificación de corriente son a1=Ic1/Ia y a2=Ic2/Ik; Supongamos que la corriente de fuga inversa que fluye a través de la unión J2 es Ic0.

La corriente del ánodo del tiristor es igual a la suma de la corriente del colector y la corriente de fuga de los dos tubos:

Ia=Ic1 Ic2 Ic0 o Ia =a1Ia a2Ik Ic0

Si la corriente de compuerta es Ig, entonces la corriente del cátodo del tiristor es Ik=Ia Ig

Por lo tanto, se puede concluir que la La corriente del ánodo del tiristor es: I=(Ic0 Iga2)/ (1-(a1 a2)) (1-1) Fórmula

Los coeficientes de amplificación de corriente correspondientes a1 y a2 de los tubos de silicio PNP y los tubos de silicio NPN cambian bruscamente con el cambio de su corriente de emisor, como se muestra en la Figura 3.

Cuando el tiristor está sujeto al voltaje del ánodo directo pero la compuerta no está sujeta al voltaje, en la fórmula (1-1), Ig=0, (a1 a2) es muy pequeña, por lo que la corriente del ánodo Ia del tiristor es ≈Ic0 El tiristor está en estado de bloqueo directo. Cuando el tiristor está bajo el voltaje del ánodo directo, la corriente Ig fluye desde la puerta G. Dado que una Ig lo suficientemente grande fluye a través de la unión del emisor del tubo NPN, el factor de amplificación de corriente del punto de partida a2 aumenta y una corriente de electrodo suficientemente grande Ic2 fluye a través del tubo PNP. La unión emisora ​​del tubo PNP aumenta y el factor de amplificación de corriente a1 del tubo PNP aumenta, lo que da como resultado una mayor corriente de electrodo Ic1 que fluye a través de la unión emisora ​​del tubo NPN. Un proceso de retroalimentación positiva tan fuerte avanza rápidamente. De la Figura 3, cuando a1 y a2 aumentan con la corriente del emisor y (a1 a2) ≈ 1, el denominador 1-(a1 a2) ≈ 0 en la fórmula (1-1), aumenta así la corriente del ánodo Ia del tiristor. En este momento, la corriente que fluye a través del tiristor está completamente determinada por el voltaje del circuito principal y la resistencia del circuito. El tiristor ya está en estado de conducción directa.

En la fórmula (1-1), después de encender el tiristor, 1-(a1 a2)≈0, incluso si la corriente de puerta Ig=0 en este momento, el tiristor aún puede mantener el original. Corriente anódica Ia y Continuar conduciendo. Después de encender el tiristor, la puerta pierde su función.

¿Qué es un tubo de electrones y cuáles son sus clasificaciones?

1. ¿Qué es un tubo de electrones? Un tubo de electrones es un dispositivo que genera conducción de corriente en un recipiente cerrado herméticamente (normalmente). un tubo de vidrio). Dispositivos electrónicos que obtienen amplificación u oscilación de la señal. Se utilizó desde el principio en productos electrónicos como televisores y amplificadores de radio. En los últimos años, ha sido reemplazado gradualmente por transistores y circuitos integrados. Sin embargo, en algunos equipos de audio de alta fidelidad, los tubos de vacío todavía se utilizan como dispositivos de amplificación de potencia de audio. Los tubos de vacío están representados por la letra "V" o "VE" en los aparatos eléctricos, y el antiguo estándar está representado por la letra "G".

2. Tipos de tubos de electrones

(1) Clasificación según su uso

Según sus diferentes usos, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos amplificadores de voltaje, tubos de potencia y tubos inflables, tiratrones, tubos de encendido, tubos de mezcla o conversión de frecuencia, tubos rectificadores, tubos de oscilación, tubos detectores, tubos de sintonización, tubos estabilizadores de voltaje, etc.

(2) Clasificación según el número de electrodos

Según el número de electrodos, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos amplificadores de voltaje, triodos, tetrodos, pentodos, hexades y tubos, tubos octodos, tubos de nueve polos y tubos compuestos, etc. Los tubos con más de tres polos también se denominan tubos multipolares o tubos multicompuerta.

(3) Clasificación por forma

Según su forma y el material de su cubierta, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos de vidrio con forma de botella (tubos ST), tubos "bellota" y tubos de vidrio cilíndricos (tubos GT), tubos de vidrio grandes (tubos tipo G), tubos de metal-cerámica, tubos pequeños (también llamados tubos de maní o tubos en forma de dedo, tubos MT), tubos en forma de torre, tubos ultrapequeños ( tubos en forma de lápiz), etc.

(4) Clasificación según su estructura interna

Los tubos de vacío se pueden dividir en diodo simple, diodo, transistor de doble diodo, transistor de doble diodo, transistor simple y pentodo de potencia según su estructura interna. Estructura de tubo, tetrodo de haz, pentodo de haz, tubo unipolar doble, tubo compuesto de diodo-pentodo, tetrodo de haz, tubo compuesto de triodo-pentodo, tubo compuesto de triodo-seis polos, tubos compuestos de tres y siete polos, cámaras de potencia de haz. y otros tipos.

(5) Clasificación según el método de calentamiento del cátodo

Según el método de calentamiento del cátodo, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos de electrones de cátodo de calentamiento directo y tubos de electrones de cátodo de calentamiento directo. Tubos de electrones catódicos calentados.

(6) Clasificación según el método de blindaje

Según el método de blindaje, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos de electrones blindados de corte agudo y tubos de electrones blindados de corte remoto.

(7) Clasificación por método de enfriamiento

Según el método de enfriamiento, los tubos de electrones se pueden dividir en tubos de electrones enfriados por agua, tubos de electrones enfriados por aire y tubos de electrones con enfriamiento natural

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