Саморобний транзистор з діодів. Як зробити сонячну батарею з транзисторів або діодів? Високі частоти ставлять проблеми

Чисті напівпровідники мають однакову кількість вільних електронів і дірок. Такі напівпровідники для виготовлення напівпровідникових приладів не використовуються, про що було сказано.

Для виробництва транзисторів (під ними в даному випадку маються на увазі також діоди, мікросхеми і власне все напівпровідникові прилади) застосовуються напівпровідники n і p типів: з електронної та доречнийпровідністю. У напівпровідниках типу n основними носіями зарядів є електрони, а в напівпровідниках типу p - дірки.

Напівпровідники з необхідним типом провідності виходять шляхом легування (додавання домішок) до чистих напівпровідників. Кількість цих домішок невелика, але властивості напівпровідника змінюються до невпізнання.

легуючі домішки

Транзистори не були б транзисторами, якби в їх виробництві не застосовувалися трьох і п'ятивалентні елементи, які використовуються в якості легуючих домішок. Без цих елементів просто неможливо було б створення напівпровідників різної провідності, створення p-n (читається пе - ен) переходу і транзистора в цілому.

Як тривалентних домішок з одного боку використовуються індій, галій, алюміній. Їх зовнішня оболонка містить всього 3 електрона. Такі домішки відбирають електрони у атомів напівпровідника, в результаті чого провідність напівпровідника стає доречний. Такі елементи називаються акцепторами - «бере».

З іншого боку це сурма і миш'як, - п'ятивалентні елементи. На зовнішній орбіті у них по 5 електронів. Вступаючи в стрункі ряди кристалічної решітки, вони не можуть знайти місця для п'ятого електрона, він залишається вільним, а провідність напівпровідника стає електронною або типу n. Такі домішки називаються донорами - «дає».

На малюнку 1 показана таблиця хімічних елементів, які знаходять застосування у виробництві транзисторів.

Малюнок 1. Вплив домішок на властивості напівпровідників

Навіть в хімічно чистому кристалі напівпровідника, наприклад, германію, містяться домішки. Кількість їх невелика - один атом домішки на один мільярд атомів власне германію. А в одному кубічному сантиметрі виходить приблизно п'ятдесят тисяч мільярдів чужорідних тіл, які називаються домішковими атомами. Начебто дуже багато?

Ось тут саме час згадати, що при струмі в 1 A через провідник проходить заряд в 1 Кулон, або 6 * 10 ^ 18 (шість мільярдів мільярдів) електронів в секунду. Іншими словами домішкових атомів «не так вже й багато» і вони надають напівпровідника зовсім незначну провідність. Виходить чи поганий провідник, чи то не дуже хороший ізолятор. Загалом, напівпровідник.

Як виходить напівпровідник з провідністю n

Давайте, подивимося, що станеться, якщо в кристал германію ввести пятивалентного атом сурми або миш'яку. Досить наочно це показано на малюнку 2.

Малюнок 2. Введення в напівпровідник 5-ти валентної домішки.

Невеликий коментар до малюнка 2, який слід було б зробити раніше. Кожна пряма між сусідніми атомами напівпровідника на малюнку повинна бути подвійний, показуючи, що в зв'язку беруть участь два електрони. Такий зв'язок називається ковалентним і показана на малюнку 3.

Малюнок 3. Ковалентний зв'язок в кристалі кремнію.

Для германію малюнок був би абсолютно такий же.

Пятивалентного домішковий атом впроваджується в кристалічну решітку, оскільки діватися йому просто нікуди. Чотири валентних електрона зі своїх п'яти він використовує для створення ковалентних зв'язків з сусідніми атомами, відбувається впровадження в кристалічну решітку. А ось п'ятий електрон залишиться вільним. Найцікавіше в тому, що атом самої домішки в цьому випадку стає позитивним іоном.

Домішка в цьому випадку називають донором, вона дає напівпровідника додаткові електрони, які будуть основними носіями заряду в напівпровіднику. Сам напівпровідник, який отримав додаткові електрони від донора, буде напівпровідником з електронною провідністю або типу n - negative.

Домішки вводяться в напівпровідники в невеликих кількостях, всього один атом на десять мільйонів атомів германію або кремнію. Але це в сто з гаком разів більше, ніж утримання власних домішок в найчистішому кристалі, про що було написано трохи вище.

Якщо тепер до одержали напівпровідника типу n приєднати гальванічний елемент, як показано на малюнку 4, то електрони (гуртки з мінусом всередині) під дією електричного поля батарейки кинуться до її позитивного висновку. Негативний полюс джерела струму віддасть в кристал стільки ж електронів. Тому через напівпровідник потече електричний струм.

Малюнок 4.

Шестикутники, у яких всередині знак плюс, є не що інше, як атоми домішки, які віддали електрони. Тепер це позитивні іони. Підсумок вище сказаного такий: введення в напівпровідник домішки - донора забезпечує впорскування вільних електронів. В результаті виходить напівпровідник з електронною провідністю або типу n.

Якщо в напівпровідник, германій або кремній, додати атоми речовини з трьома електронами на зовнішній орбіті, наприклад індію, то результат буде, прямо сказати, протилежний. Це об'єднання показано на малюнку 5.

Малюнок 5. Введення в напівпровідник 3-х валентної домішки.

Якщо тепер до такого кристала приєднати джерело струму, то переміщення дірок прийме упорядкований характер. Фази переміщення показані на малюнку 6.

Малюнок 6. Фази доречний провідності

Дірка, що знаходиться в першому атомі справа, це як раз тривалентний атом домішки, захоплює електрон у сусіда зліва, в результаті чого в ньому залишається дірка. Ця дірка в свою чергу заповнюється електроном, відірваним від сусіда (на малюнку він знову зліва).

Таким способом створюється переміщення позитивно заряджених дірок від позитивного до негативного полюса батареї. Так триває до тих пір, поки дірка не підійде впритул до негативного полюса джерела струму, і заповниться від нього електроном. У той же час електрон з найближчого до плюсового висновку джерела залишає свій атом, виходить нова дірка і процес повторюється спочатку.

Щоб не заплутатися, якого типу виходить напівпровідник при введенні домішки, досить запам'ятати, що в слові «донор» є буква ен (negative) - виходить напівпровідник типу n. А в слові акцептор присутній буква пе (positive) - напівпровідник з провідністю p.

Звичайні кристали, наприклад, германію, в тому вигляді, в якому вони існують в природі, для виробництва напівпровідникових приладів непридатні. Справа в тому, що звичайний природний кристал германію складається з зрощених між собою маленьких кристалів.

Спочатку вихідний матеріал очищався від домішок, після чого германій розплавляють і в отриманий розплав опускали приманку, - маленький кристал з правильної гратами. Запал повільно оберталася в розплаві і поступово піднімалася вгору. Розплав обволікав приманку і остигаючи формував монокристаллический стрижень великих розмірів з правильною кристалічною решіткою. Зовнішній вигляд отриманого монокристалла показаний на малюнку 7.

Малюнок 7.

В процесі виготовлення монокристалла в розплав додавали легирующую домішка месь p або n типу, тим самим отримуючи необхідну провідність кристала. Цей кристал розрізали на маленькі пластинки, які в транзисторі ставали базою.

Колектор і емітер виготовляли різними способами. Найпростіший зводився до того, що на протилежні сторони пластинки підкладали маленькі шматочки індію, які приварюють, розігріваючи місце контакту до 600 градусів. Після охолодження всієї конструкції, насичені индием ділянки, набували провідність типу p. Отриманий кристал встановлювали в корпус і приєднували висновки, в результаті чого виходили сплавні площинні транзистори. Конструкція цього транзистора показана на малюнку 8.

Малюнок 8.

Такі транзистори випускалися в шістдесятих роках двадцятого століття під маркою МП39, МП40, МП42 і т.п. Зараз це вже практично музейний експонат. Найбільше застосування знаходили транзистори структури тури p-n-p.

У 1955 році був розроблений дифузний транзистор. За цією технологією для освіти областей колектора і емітера платівку германію поміщали в газову атмосферу, яка містить пари потрібної домішки. У цій атмосфері пластинку нагрівали до температури трохи нижче точки плавлення і витримували необхідний час. В результаті атоми домішки проникали в кристалічну решітку, утворюючи p-n переходи. Такий техпроцес відомий як метод дифузії, а самі транзистори отримали назву дифузійних.

Частотні властивості сплавних транзисторів, треба сказати, залишають бажати кращого: гранична частота не більше декількох десятків мегагерц, що дозволяє використовувати їх в якості ключа на низьких і середніх частотах. Такі транзистори отримали назву низькочастотних, і впевнено посилюватимуть лише частоти звукового діапазону. Хоча на зміну сплавним германієвих транзисторів давно вже прийшли кремнієві, германієві транзистори виробляються досі для спеціальних застосувань, де потрібно низька напруга для зсуву емітера в прямому напрямку.

Кремнієві транзистори випускаються по планарной технології. Це означає, що всі переходи виходять на одну поверхню. Вони майже повністю витіснили германієві транзистори з схем на дискретних елементах і застосовуються як компоненти інтегральних схем, де германій ніколи не використовувався. В даний час германієвого транзистор знайти дуже нелегко.

Продовження читайте в наступній статті.

Вам потрібно всього два компонента, щоб зібрати найпростіший інвертор, що перетворює постійний струм 12 В в 220 В змінного струму.

Абсолютно ніяких дорогих або дефіцитних елементів або деталей. Все можна зібрати за 5 хвилин! Навіть паяти не треба! Скрутив дротом і все.

Що знадобитися для інвертора?

• Трансформатор від приймача, магнітофона, центру і т.п. Одна обмотка мережева на 220 В, інша на 12 В.
• Реле на 12 В. Такі багато де використовуються.
• Провід для підключення.

збірка інвертора

Як же працює цей инвертер?

Альтернативні джерела електроенергії набирають популярність з кожним роком. Постійні підвищення тарифів на електроенергію сприяють цій тенденції. Одна з причин, що змушує людей шукати нетрадиційні джерела живлення - це повна відсутність можливості підключення до мереж загального користування.

Найбільш затребуваними на ринку альтернативних джерел живлення є.Ці джерела використовують ефект отримання електричного струму при впливі сонячної енергії на напівпровідникові структури, виготовлені з чистого кремнію.

Перші сонячні фотопластини були занадто дорогими, їх використання для отримання електроенергії не було рентабельним. Технології виробництва кремнієвих сонячних батарей постійно удосконалюються і зараз можна придбати за доступною ціною.

Енергія світла безкоштовна, і якщо міні-електростанції на кремнієвих елементах будуть досить дешеві, то такі альтернативні джерела живлення стануть рентабельними і отримають дуже широке поширення.

Відповідні підручні матеріали

Схема сонячної батареї на діодах Багато гарячі голови задають собі питання: а чи можна з підручних матеріалів. Звичайно ж, можна! У багатьох з часів СРСР збереглася велика кількість старих транзисторів. Це найбільш підходящий матеріал для створення міні-електростанції власними руками.

Також можна виготовити сонячну батарею з кремнієвих діодів. Ще одним матеріалом для виготовлення сонячних батарей є мідна фольга. При застосуванні фольги для отримання різниці потенціалів використовується фотоелектрохімічного реакція.

Етапи виготовлення транзисторної моделі

Підбір деталей

Найбільш придатними, для виготовлення сонячних батарей, є потужні кремнієві транзистори з буквеної маркуванням КТ або П. Усередині вони мають велику напівпровідникову пластину, здатну генерувати електричний струм під впливом сонячних променів.

Рада фахівців:підбирайте транзистори одного найменування, так як у них однакові технічні характеристики і ваша сонячна батарея буде більш стабільною в роботі.

Наступний етап - це механічна підготовка ваших транзисторів. Необхідно, механічним шляхом, видалити верхню частину корпусу. Найпростіше зробити цю операцію за допомогою невеликої ножівки по металу.

підготовка

Затисніть транзистор в лещатах і акуратно зробіть пропив по контуру корпусу. Ви бачите кремнієву пластину, яка буде виконувати роль фотоелемента.Транзистори мають три висновки - базу, колектор і емітер.

Залежно від структури транзистора (p-n-p або n-p-n), буде визначена полярність нашої батареї. Для транзистора КТ819 база буде плюсом, емітер і колектор мінусом.

Найбільша різниця потенціалів, при подачі світла на пластину, створюється між базою і колектором. Тому в нашій сонячній батареї будемо використовувати колекторний перехід транзистора.

Перевірка

Після спилювання корпусу транзисторів їх необхідно перевірити на працездатність. Для цього нам необхідний цифровий мультиметр і джерело світла.

Базу транзистора підключаємо до плюсового проводу мультиметра, а колектор до мінусової. Вимірювальний прилад включаємо в режим контролю напруги з діапазоном 1В.

Направляємо джерело світла на кремнієву пластину і контролюємо рівень напруги. Воно повинно бути в межах від 0.3В до 0.7В. У більшості випадків один транзистор створює різницю потенціалів 0.35В і силу струму 0.25 мкА.

Для підзарядки стільникового телефону нам необхідно створити сонячну панель приблизно з 1000-ти транзисторів, яка буде видавати струм в 200-ти мА.

збірка

Збирати сонячну батарею з транзисторів можна на будь-якій плоскій пластині з матеріалу, що не проводить електрику. Все залежить від вашої фантазії.

При паралельному з'єднанні транзисторів збільшується сила струму, а при послідовному підвищується напруга джерела.

Крім транзисторів, діодів і мідної фольги для виготовлення сонячних батарей можна використовувати алюмінієві банки, наприклад, пивні, але це будуть батареї нагрівають воду, а не виробляють електроенергію.

Дивіться відео, в якому фахівець докладно пояснює, як зробити сонячну батарею з транзисторів своїми руками:

Кількість областей застосування пристроїв, званих сонячними батареями, збільшується з кожним днем. Вони знаходять все більш широке застосування в військово-космічних галузях, промисловості, сільському господарстві, в побуті. Незважаючи на те що придбати таку батарею за розумною ціною стає все простіше, цікаво виготовити її своїми руками.

У цій статті даються практичні поради з виготовлення своїми руками сонячної батареї, яка може використовуватися як джерело струму для малопотужних радіоаматорських конструкцій.

Саморобна сонячна батарея з діодів або транзисторів - пристрій, цікаве не тільки з точки зору практичного застосування, але і для розуміння принципу її роботи. Причому для її виготовлення краще використовувати напівпровідникові прилади, випущені 30-40 років тому.

Як працює сонячна батарея?

Сонячна батарея як пристрій, що перетворює енергію світла в електричну енергію, відомо вже досить давно. Її робота заснована на явищі внутрішнього фотоефекту в p-n переході. Внутрішній фотоефект - явище виникнення в напівпровіднику додаткових носіїв струму (електронів або дірок) при поглинанні світла.

Електрони і дірки розділяються p-n переходом так, що електрони концентруються в n-області, а дірки - в p-області, в результаті між цими областями виникає ЕРС. Якщо до них підключити зовнішню навантаження, то при освітленні p-n переходу в ній виникне струм. Енергія сонця перетворюється в електричну енергію.

ЕРС і сила струму в такому напівпровіднику визначається наступними факторами:

• матеріалом напівпровідника (германій, кремній і т.д.);
• площею поверхні р-n переходу;
• освітленістю цього переходу.

Сила струму, створювана одним елементом, дуже мала, і для досягнення бажаного результату потрібно збирати модулі з великого числа таких елементів. Таке джерело струму не боїться коротких зауважень, оскільки величина сили струму, створюваного ним, обмежена деяким максимальним значенням - зазвичай кілька міліампер.

Саморобна сонячна батарея з напівпровідникових діодів або транзисторів

Необхідні для створення сонячної батареї р-n переходи є і у напівпровідникових діодів, і у транзисторів. У діода 1 р-n перехід, а транзистор має 2 таких переходу - між базою і колектором, між базою і емітером. Можливість використання напівпровідникового приладу в цій якості визначається 2-ма умовами:

• повинна існувати можливість відкрити р-n перехід;
• площа р-n переходу повинна бути досить великою.

Саморобна транзисторная сонячна батарея

Друга умова зазвичай виконується для потужних площинних транзисторів. Кремнієвий n-р-n транзистор КТ801 (а) цікавий тим, що у нього легко відкрити перехід. Досить натиснути плоскогубцями кришку і акуратно зняти її. У потужних германієвих транзисторів П210-П217 (б) потрібно акуратно розрізати кришку по лінії АА і зняти її.

Підготовлені транзистори, перш ніж використовувати їх в якості елементів сонячної батареї, слід перевірити. Для цього можна використовувати звичайний мультиметр. Переключивши прилад в режим вимірювання струму (межа кілька міліампер), включити його між базою і колектором або емітером транзистора, перехід якого добре освітлений. Прилад повинен показати невеликий струм - зазвичай частки міліампера, рідше трохи більше 1 мА. Переключивши мультиметр в режим вимірювання напруги (межа 1-3 В), ми повинні отримати значення вихідної напруги порядку декількох десятих часток вольта. Бажано розсортувати їх по групах з близькими значеннями вихідних напруг.

Для збільшення вихідного струму і робочої напруги застосовується змішане з'єднання елементів. Всередині груп елементи з близькими значеннями вихідних напруг з'єднуються паралельно. Загальний вихідний струм групи дорівнює сумі струмів окремих елементів. Групи між собою включаються послідовно. Їх вихідні напруги складаються. Для транзисторів зі структурою n-р-n полярність вихідної напруги буде протилежною.

Для складання джерела струму краще розробити монтажну плату з фольгованого склотекстоліти. Після розпаювання елементів, плату краще помістити в корпус відповідних розмірів і закрити зверху пластиною з оргскла. Джерело струму з декількох десятків транзисторів генерує напруга в кілька вольт при вихідному струмі в декілька міліампер. Її можна використовувати для підзарядки малопотужних акумуляторів, для харчування малопотужного радіоприймача та інших малопотужних електронних пристроїв.

Саморобна діодний сонячна батарея

Може бути виготовлена ​​своїми руками і сонячна батарея на діодах. Як приклад опишемо виготовлення батарей на площинних кремнієвих діодах КД202. . Замість них можна використовувати інші напівпровідникові випрямлячі: Д242, Д237, Д226 і т.д.

Щоб відкрити р-n перехід діода КД202, потрібно виконати наступні операції:

1. Затиснувши діод в лещатах за фланець, відрізати, а потім акуратно розправити висновок анода, щоб потім можна було легко звільнити припаяний до р-n переходу мідний дріт.
2. Приклавши до зварного з'єднання ніж або інший гострий предмет, легкими ударами, повертаючи в лещатах діод, відокремити захисний фланець.

Приблизно так само можна відокремити захисний фланець і інших діодів.

У сонячній батареї підготовлені діоди, як і транзистори в поступовим зниженням дози, з'єднуються змішано. У кожній групі елементи також з'єднуються паралельно: з одного боку між собою з'єднуються аноди діодів, а з іншого - катоди. Вибирати елементи по групах можна так само, як і транзистори. Чим більше в такому джерелі струму окремих елементів, тим більше його потужність.

Джерело струму з 5 груп по 10 діодів генерує напруга близько 2,5 В при силі струму 20-25 мА. Для виготовлення саморобного джерела струму допустимо використання випрямних діодів малої потужності типу Д223. Вони зручні тим, що у них легко відкрити для світла р-n перехід. Для цього достатньо потримати їх якийсь час в ацетоні, після чого захисна фарба легко очищається з скляного корпусу.

Не забувайте, що при роботі з напівпровідниковими приладами, не слід забувати, що вони легко виходять з ладу при перегріванні. Для пайки слід застосовувати легкоплавкий припій і малопотужний паяльник, намагаючись не прогрівати занадто довго місце спайки.

Неважко помітити, що виготовлення та складання саморобної напівпровідникової сонячної батареї - завдання не дуже складна для людини, знайомого з азами конструювання електронних пристроїв. Спробуйте - у вас все вийде!

Після того, як ми з вами стали вивчати біполярні транзистори, в особисті повідомлення стало приходити дуже багато повідомлень саме про них. Найпоширеніші питання звучать приблизно так:

Якщо транзистор складається з двох діодів, тоді чому б просто не використовувати два діоди і не зробити з них простий транзистор?

Чому електричний струм тече від колектора до емітера (або навпаки), якщо транзистор складається з двох діодів, які з'єднані або катодами або анодами? Адже ток потече тільки через діод, включений в прямому напрямку, через інший він адже текти не може?

Але ж правда ваша ... Все логічно ... Але щось мені здається, що десь є підступ ;-). А ось де ця сама "родзинка" ми і розглянемо в цій статті ...

будова транзистора

Отже, як ви всі пам'ятаєте з попередніх статей, будь біполярний транзистор, скажімо так, складається з двох діодів. для

еквівалентна схема виглядає ось так:

А для NPN транзистора

як-то ось так:

А що мудрувати? Давайте проведемо простий досвід!

У нас є усіма нами улюблений радянський транзистор КТ815Б. Він представляє з себе кремнієвий транзистор NPN провідності:

Збираємо просту схемку з ОЕ (Пробщім Еміттером), щоб продемонструвати його деякі властивості. Цей досвід я показував в попередніх статтях. Але як то кажуть, повторення - мати навчання.

Для демонстрації досвіду нам знадобиться малопотужна лампочка розжарювання і парочка Блоків живлення. Збираємо все це справа ось за такою схемою:

де у нас Bat1- це блок живлення, який у нас включається між базою і емітером, а Bat2- блок живлення, який у нас включається між колектором і емітером, і на додачу послідовно чіпляється ще лампочка.

Все це виглядає ось так:

Так як лампочка нормально світить при напрузі в 5 В, на Bat 2 я також виставив 5 В.

На Bat 1 плавно підвищуємо напруга ... і при напрузі в 0,6 В

у нас загоряється лампочка. Отже, наш транзистор "відкрився"

Але якщо вже транзистор складається з діодів, то чому б нам не взяти два діода і не "зробити" з них транзистор? Сказано зроблено. Збираємо еквівалентну схему транзистора КТ815Б з двох діодів марки 1N4007.

На малюнку нижче я позначив висновки діодів, як анод і катод, а також позначив висновки "транзистора".

Збираємо все це справа за такою ж схемою:

Так як наш транзистор КТ815Б були кремнієвий, і діоди 1N4007 теж кремнієві, то по ідеї транзистор з діодів повинен відкритися при напрузі 0,6-0,7 В. Додаємо напруга на Bat1 до 0,7 В ...

і ...

немає, лампочка не горить ((

Якщо зверніть увагу на блок живлення Bat1, то можна побачити, що споживання при 0,7 В становила вже 0,14 А.

Простіше кажучи, якщо б ми ще трохи піддали напруга, то спалили б діод "база-емітер", якщо, звичайно, згадати вольтамперная характеристику (ВАХ) діода.

Але чому, в чому справа? Чому транзистор КТ815Б, який по суті складається з таких же кремнієвих діодів пропускає через колектор-емітер електричний струм, а два діода, спаяних також, не працюють як транзистор? Де ж зарита собака?

А ви знаєте, як в транзисторі розташовані ці "діоди"? Якщо врахувати, що N напівпровідник - це хліб, а тонкий шар шинки - це P напівпровідник, то в транзисторі вони розташовуються приблизно ось так (на салат не дивимося):

Справа вся в тому, що база в транзисторі по ширині дуже тонка, Як ця шинка, а колектор і емітер по ширині як ці половинки хліба (трохи перебільшую звичайно, вони трохи менше), тому, транзистор, поводиться як транзистор :-), тобто відкривається і пропускає струм через колектор-емітер.

Завдяки тому, що база дуже тонка по ширині, значить два P-N переходу знаходяться на дуже маленькій відстані один від одного і між ними відбувається взаємодія. Ця взаємодія називається транзисторним ефектом. А який може бути транзисторний ефект між діодами, у яких відстань між двома P-N переходами як до Місяця?