<<
>>

§3.19. ТРАНЗИСТОР


Успешное развитие теории твердого тела привело к созданию многих полупроводниковых приборов, важное место среди которых занимает транзистор , который был изобретен в 1951 г. американскими учеными У.Б.Шокли, У.
Браттейном иДж. Бардиным. Устройство транзистора
Наиболее распространенным типом транзистора является плоскостной триод. Основой для изготовления транзистора, как и полупроводникового диода, служит пластинка монокристалла германия (или кремния), слегка обогащенная до- норной примесью, площадью 2—4 мм2 и толщиной около 100 мкм. На пластинку кристалла германия с двух сторон наносится тончайший слой индия.

После прогревания пластинки в печи на ее противоположных сторонах возникают области, обогащенные атомами индия, проникшими в германий при расплавлении. Эти области монокристалла германия становятся полупроводниками р-типа, а на границах соприкосновения их с основным кристаллом возникают два р—я-перехода. Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются коллектором и эмиттером. Эмиттер и коллектор транзистора отличаются лишь размерами: диаметр кол- 4 і лектора примерно в 2 раза больше диаметра эмиттера.
Устройство р—п—р-транзистора сплавного типа показано на рисунке 3.58 (цифрами обозначено: 1 — баллон транзистора, 2 — кристалл /г-германия (база), 3 — эмиттер, 4 — коллектор, 5 — индиевый электрод, 6 — кристаллодержатель, 7 — стек-лянные изоляторы, 8 — вывод эмиттера, 9 — вывод базы, 10 — вывод коллектора). Рис- 3.58?

Транзисторы п—р—м-типа имеют аналогичное устройство, только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — электронной.
а) б)
Рис. 3.59
Условное обозначение транзисторов на схеме приведено на рисунке 3.59, а, б.
Принцип действия транзистора
При использовании транзистора в любой электронной схеме два его электрода должны служить для введения входного сигнала и два — для выведения выходного сигнала. Поскольку транзистор имеет всего три электрода, один из них обязательно используется дважды и оказывается общим для входной и выходной цепи.
Возможны три способа включения транзистора в электрическую цепь: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.
Рассмотрим принцип действия транзистора р—п—р-типа, включенного в цепь с общей базой, как схематически показано на рисунке 3.60. В этой схеме переход эмиттер—база включен в пропускном направлении, а переход коллектор^—база в запирающем направлении. Между эмиттером и базой включается источник тока G1 с ЭДС порядка 1—1,5 В и к точкам 1, 2 подводится входное переменное напряжение U (сигнал), подлежащее усилению. К выводам от базы и коллектора присоединяется батарея элементов G2 и нагрузочный резистор R. На этом резисторе получается выходное напряжение С/вых —
усиленный сигнал. + +
1 о-
+ +
п
+ +
U_
С/
+ + т
G1

2о-
+
h«J При создании напряжения между эмиттером и базой, поскольку эмиттерный р—« переход включен в пропускном направлении, основные носители заряда полупроводника р-типа (эмиттера) — дырки проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями.
При изготовлении транзистора добиваются того, чтобы концентрация свободных электронов в базе была на 2—3 порядка меньше концентрации дырок в эмиттере. Поэтому встречный поток электронов из базы в эмиттер можно не учитывать.
Поскольку толщина базы очень мала (не больше 10 мкм) и число основных носителей заряда (электронов) в ней невелико, попавшие в нее дырки почти не рекомбинируют с электронами базы и проникают в коллектор за счет диффузии. Правый (коллекторный) р—га-переход закрыт для основных носителей заряда базы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем, созданным батареей G2, и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (см. рис. 3.60) плоскости много меньше сечения в вертикальной плоскости. Сила тока в цепи эмиттера (/э) практически равна силе тока в цепи коллектора (/R), так как почти все дырки (до 99,9%), попадающие из эмиттера в базу, переходят далее в коллектор. Поэтому при изменении силы тока в цепи эмиттера почти так же (во столько же раз) изменяется сила тока в цепи коллектора. Сопротивление резистора R мало влияет на силу тока в коллекторе, и это сопротивление можно сделать достаточно большим.
Незначительные колебания входного напряжения UBX вызывают значительные колебания сил токов 7Э и /к и, следова-тельно, выходного напряжения Г7ВЬ1Х» так как сопротивление R велико. При большом сопротивлении резистора R изменение напряжения на нем может в десятки тысяч раз превышать изменение входного напряжения. Это и означает усиление напряжения. Одновременно и мощность, выделяющаяся на нагрузке R, будет значительно превышать мощность, расходуемую в цепи эмиттера. Происходит усиление мощности.
Работа транзистора га—р—га-типа отличается от работы транзистора р—га—р-типа лишь тем, что электрический ток в этом случае обусловлен движением электронов (а не дырок). + +
п +
+
+
+ +
+ п +
+
1 о-
Ї7
R
17.
G1
2о-
ь^н Рис. 3.61
Эмиттер поставляет электроны в область базы, откуда они уходят в коллектор. Поскольку меняется знак носителей тока, меняются и полярности питающих источников тока (рис. 3.61).
Применение транзисторов
Транзисторы получили широкое распространение в современной технике. Их используют для усиления и генерации электрических колебаний. (Об этом будет рассказано в дальнейшем.) Они применяются во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры. Портативные радиоприемники, использующие такие приборы, в обиходе тоже получили название «транзисторы». Диоды и транзисторы, а также так называемые интегральные схемы, созданные на их основе, определяют уровень электроники, микро-электроники, вычислительной техники. Полупроводниковые интегральные микросхемы — это монолитные функциональные узлы, все элементы которых изготавливаются в едином технологическом процессе. Именно благодаря применению интегральных микросхем удалось достигнуть значительных успехов в миниатюризации многих радиотехнических устройств. Эти схемы широко применяются в современных электронно-вычислительных машинах и микропроцессорах.
Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) обладают рядом преимуществ по сравнению с радиолампами: у них нет накаливаемого катода и поэтому они потребляют меньшую мощность; имеют высокий КПД — до 50% (в то время как у вакуумных ламп он меньше 1%); низкие напряжения питания, малые размеры.
В этих приборах не требуется создания вакуума, как в электронных лампах, поэтому надежность и срок службы у них гораздо больше. Полупроводниковые приборы безынерционны, т. е. не требуют времени для разогрева, как электронные лампы, а начинают работать мгновенно после включения.
Серьезным недостатком полупроводниковых приборов является их большая чувствительность к повышению температуры, поэтому нельзя допускать их электрической перегрузки; они требуют также большой осторожности при монтаже.
Свойствар—п-перехода в полупроводниках используются для усиления и генерации электрических колебаний.
<< | >>
Источник: Г. Я. Мя кишев, А. 3. Синяков, Б.А.Слободсков. ФИЗИКАЭЛЕКТРОДИНАМИКА 10. 2010

Еще по теме §3.19. ТРАНЗИСТОР:

  1. Теоретические основы права интеллектуальной собственности
  2. Формула изобретения (полезной модели)
  3. § 2.13. ГЕНЕРАТОР НА ТРАНЗИСТОРЕ
  4. §5.13. СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК
  5. §3.19. ТРАНЗИСТОР
  6. Акио Морита
  7. Токудзи Хаякава
  8. СОДЕРЖАНИЕ
  9. Раздел 4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
  10. Лекция 12. Структура и устройство биполярных транзисторов. Принцип действия биполярного транзистора и его основные параметры
  11. Лекция 13. Статические вольт-амперные характеристики биполярного транзистора
  12. Лекция 14. Схема замещения биполярного транзистора в физических параметрах
  13. Лекция 15. Биполярный транзистор как активный четырехполюсник. h-параметры транзистора
  14. Раздел 5. УНИПОЛЯРНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ