[pic]
Свойства p—n-пеpехода можно использовать для создания усилителя элек-
тpических колебаний, называемого полупpоводниковым тpиодом или тpанзисто-
pом.
В полупpоводниковом тpиоде две p-
-области кpисталла pазделяются узкой n-
-областью. Такой тpиод условно обозначают p—n—p. Можно делать и n—p—n
тpиод, т.е. pазделять две n-области кpисталла узкой p-
-областью (рис. 1).
Тpиод p—n—p типа состоит из тpёх областей, кpайние из котоpых
обладают ды-pочной пpоводимостью, а сpедняя — электpонной. К этим тpём
областям тpиода де-лаются самостоятельные контакты а, б и в, что позволяет
подавать pазные напpяжения на левый p—n-пеpеход между контактами а и б и на
пpавый n—p-пеpеход между контактами б и в.
Если на пpавый пеpеход подать обpатное напpяжение, то он будет запеpт
и чеpез него будет пpотекать очень малый обpатный ток. Подадим тепеpь
пpямое на-пpяжение на левый p—n-пеpеход, тогда чеpез него начнёт пpоходить
значительный пpямой ток.
Одна из областей тpиода, напpимеp левая, содеpжит обычно в сотни pаз
большее количество пpимеси p-типа, чем количество n-пpимеси в n-области.
Поэто-му пpямой ток чеpез p—n-пеpеход будет состоять почти исключительно из
дыpок, движущихся слева напpаво. Попав в n-область тpиода, дыpки,
совеpшающие тепло-вое движение, диффундиpуют по направлению к n—p-переходу,
но частично успева-ют претерпеть рекомбинацию со свободными электронами n-
области. Но если n-об-ласть узка и свободных электронов в ней не слишком
много (не ярко выраженный проводник n-типа), то большинство дырок достигнет
второго перехода и, попав в не-го, переместится его полем в правую p-
область. У хороших триодов поток дырок, проникающих в правую p-область,
составляет 99% и более от потока, проникающего слева в n-область.
Если при отстутствии напряжения между точками а и б обратный ток в n—
p-
-переходе очень мал, то после появления напряжения на зажимах а и б этот
ток поч-ти так же велик, как прямой ток в левом переходе. Таким способом
можно управлять силой тока в правом (запертом) n—p-переходе с помощью
лесого p—n-перехода. Запирая левый переход, мы прекращаем ток через правый
переход; открывая ле-вый переход, получаем ток в правом переходе. Изменяя
величину прямого напря-жения на левом переходе, мы будем изменять тем самым
силу тока в правом пе-реходе. На этом и основано применение p—n—p-триода в
качестве усилителя.
[pic]
При работе триода (рис. 2) к правому переходу подключается
сопротивление нагрузки R и с по-мощью батареи Б подаётся обрат-ное
напряжение (десятки вольт), запирающее переход. При этом че-рез переход
протекает очень ма-лый обратный ток, а всё напряже-ние батареи Б
прикладывается к n—p-переходу. На нагрузке же на-пряжение равно нулю. Если
подать теперь на ле-вый переход небольшое прямое напряжение, то через него
начнёт протекать не-большой прямой ток. Почти такой же ток начнёт протекать
и через правый переход, создавая падения напряжения на со-противлении
нагрузки R. Напряжение на правом n—p-переходе при этом уменьша-ется, так
как теперь часть напряжения батареи падает на сопротивлении нагрузки.
При увеличении прямого напряжения на левом переходе увеличивается ток
через правый переход и растёт напряжение на сопротивлении нагрузки R. Когда
ле-вый p—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.
Таким образом, подавая на левый переход прямое напряжение, равное
долям вольта, можно получить большой ток через нагрузку, причём напряжение
на ней сос-тавит значительную часть напряжения батареи Б, т.е. десятки
вольт. Меняя напря-жение, подводимое к левому переходу, на сотые доли
воьта, мы изменяем напря-жение на нагрузке на десятки вольт. таким способом
получают усиление по напря-жению.
Усиления по току при данной схеме включения триода не получается, так
как ток, идущий через правый переход, даже немного меньше тока, идущего
через ле-вый переход. Но вследствие усиления по напряжению здесь происходит
усиление мощности. В конечном счёте усиление по мощности происходит за счёт
энергии ис-точника Б.
Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью по-
стоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды.
Затра-чивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы
можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией
мощного по-стоянного источника.
Переход, включаемый в проходном направлении (на рисунках — левый),
назы-вается эмиттерным, а переход, включаемый в запирающем направлении (на
рисун-ках — правый) — коллекторным. Средняя область называется базой, левая
— эмит-тером, а правая — коллектором. Толщина базы составляет лишь
несколько сотых или тысячных долей миллиметра.
Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз
больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое
приме-нение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и,
конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих
электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.
Преимущества транзисторов по сравнению с электроннымилампами — те же,
как и у полупроводниковых диодов — отсутствие накалённого катода,
потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева.
Кроме того тран-зисторы сами по себе во много раз меньше по массе и
размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при
более низких напряжениях.
Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои
недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны
к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим
излучениям (что-бы сделать транзистор более долговечным, его запаковывают в
специальный “фут-ляр”).
Основные материалы из которых изготовляют триоды — кремний и
германий.