Транзисторы

Свойстваp n-пеpехода можно использовать для создания усилителя элек-тpическихколебаний, называемого полупpоводниковым тpиодом или тpанзисто-pом. Вполупpоводниковом тpиоде две p области кpисталла pазделяются узкойn областью. Такой тpиод условнообозначают p n p. Можно делать и n p n тpиод, т.е. pазделять две n-областикpисталла узкой p областью рис. 1 . Тpиодp n p типа состоит из тp х областей, кpайние из котоpых обладают ды-pочнойпpоводимостью, а сpедняя электpонной.К этим тp м областям тpиода де-лаютсясамостоятельные контакты а, б и в, что позволяет подаватьpазные напpяжения на левый p n-пеpеход между контактами а и б ина пpавый n p-пеpеход между контактами б и в. Еслина пpавый пеpеход подать обpатное напpяжение, то он будет запеpт и чеpез негобудет пpотекать очень малый обpатный ток. Подадим тепеpь пpямое на-пpяжение налевый p n-пеpеход, тогда чеpез него начн т пpоходить значительный пpямой ток. Однаиз областей тpиода, напpимеp левая, содеpжит обычно в сотни pаз большееколичество пpимеси p-типа, чем количество n-пpимеси в n-области.

Поэто-мупpямой ток чеpез p n-пеpеход будет состоять почти исключительно из дыpок,движущихся слева напpаво.

Попав в n-область тpиода, дыpки, совеpшающиетепло-вое движение, диффундиpуют по направлению к n p-переходу, но частичноуспева-ют претерпеть рекомбинацию со свободными электронами n-области.Но еслиn-об-ласть узка и свободных электронов в ней не слишком много не ярко выраженныйпроводник n- типа , то большинство дырок достигнет второго перехода и, попав вне-го, переместится его полем в правую p-область.

У хороших триодов потокдырок, проникающих в правую p-область, составляет 99 и более от потока,проникающего слева в n-область. Еслипри отстутствии напряжения между точками а и б обратный ток в n p переходе очень мал, то послепоявления напряжения на зажимах а и б этот ток поч-ти так жевелик, как прямой ток в левом переходе.Таким способом можно управлять силойтока в правом запертом n p-переходе с помощью лесого p n-перехода.

Запираялевый переход, мы прекращаем ток через правый переход открывая ле-вый переход,получаем ток в правом переходе. Изменяя величину прямого напря-жения на левомпереходе, мы будем изменять тем самым силу тока в правом пе-реходе. На этоми основано применение p n p-триода в качестве усилителя. Приработе триода рис. 2 к правому переходу подключается сопротивление нагрузки Rи с по-мощью батареи Б пода тся обрат-ное напряжение десятки вольт ,запирающее переход.При этом че-рез переход протекает очень ма-лый обратныйток, а вс напряже-ние батареи Б прикладывается к n p-переходу.

Нанагрузке же на-пряжение равно нулю. Если подать теперь на ле-вый переходнебольшое прямое напряжение, то через него начн т протекать не-большой прямойток.Почти такой же ток начн т протекать и через правый переход, создаваяпадения напряжения на со-противлении нагрузки R. Напряжение на правомn p-переходе при этом уменьша-ется, так как теперь часть напряжения батареипадает на сопротивлении нагрузки.

Приувеличении прямого напряжения на левом переходе увеличивается ток через правыйпереход и раст т напряжение на сопротивлении нагрузки R. Когда ле-выйp n-переход открыт, ток через правый n p-переход делается настолько боль-шим,что значительная часть напряжения батареи Б падает на сопротивлении на-грузки R. Такимобразом, подавая на левый переход прямое напряжение, равное долям вольта, можнополучить большой ток через нагрузку, прич м напряжение на ней сос-тавитзначительную часть напряжения батареи Б, т.е. десятки вольт.

Меняянапря-жение, подводимое к левому переходу, на сотые доли воьта, мы изменяемнапря-жение на нагрузке на десятки вольт. таким способом получают усилениепо напря-жению. Усиленияпо току при данной схеме включения триода не получается, так как ток, идущийчерез правый переход, даже немного меньше тока, идущего через ле-вый переход.Но вследствие усиления по напряжению здесь происходит усиление мощности.Вконечном сч те усиление по мощности происходит за сч т энергии ис-точника Б. Действиетранзистора можно сравнить с действием плотины.

С помощью по-стоянногоисточника течения реки и плотины создан перепад уровней воды. Затра-чиваяочень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлятьпотоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного по-стоянногоисточника.Переход,включаемый в проходном направлении на рисунках - левый , назы-ваетсяэмиттерным, а переход, включаемый в запирающем направлении на рисун-ках -правый коллекторным.

Средняя область называется базой, левая эмит-тером, аправая коллектором. Толщина базы составляет лишь несколько сотых или тысячныхдолей миллиметра. Срокслужбы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем уэлектронных ламп. За сч т чего транзисторы нашли широкое приме-нение вмикроэлектронике теле видео аудио радиоаппаратуре и, конечно же, вкомпьютерах.Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепяхнаучной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Преимуществатранзисторов по сравнению с электроннымилампами - те же, как и уполупроводниковых диодов - отсутствие накал нного катода, потребляющегозначительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме тоготран-зисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чемэлектрические лампы, и транзисторы способны работать при более низкихнапряжениях. Нонаряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки.Как иполупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышениютемпературы, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям что-бысделать транзистор более долговечным, его запаковывают в специальный фут-ляр . Основныематериалы из которых изготовляют триоды кремний и германий.