Т. Транзистор
Транзистор
Свойство односторонней проводимости n-р-перехода в полупроводниках может быть использовано для усиления и генерации электрических колебаний, для чего применяются полупроводниковые триоды или транзисторы.
Для изготовления транзистора из монокристалла германия с электронной проводимостью в него с двух противоположных сторон вводится примесь атомов индия. Две области монокристалла германия с примесью индия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью, а на границе соприкосновения их с основным кристаллом возникают два n-р-перехода.
Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются коллектором и эмиттером (рис. 1). Транзисторы, в которых эмиттер и коллектор обладают дырочной проводимостью, а база — электронной, называются транзисторами р-n-р-перехода.
Транзисторы n-р-n-перехода имеют аналогичное устройство, только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — электронной. Условное обозначение транзистора на схемах представлено на рисунках 2, а, б.
Таким образом, в транзисторе появляются два n-р-перехода, прямые направления которых противоположны. Три вывода от областей с различными типами проводимости позволяют включить его в цепь, схема которой изображена на рисунке 3. В соответствии с технологией производства концентрация атомов примеси (а значит, и концентрация основных носителей тока) у эмиттера и коллектора должна быть различной.
Область с самой высокой концентрацией носителей тока (в нашем случае дырок) называется эмиттером, область с меньшей концентрацией носителей тока (тоже дырок в нашем случае) — коллектором - - средняя часть (с проводимостью n-типа) — базой. Толщина базы составляет 10 - 50 мкм, а концентрация носителей тока в базе во много раз меньше, чем в коллекторе.
При данном включении левый р-n-переход является прямым и отделяет базу от области с проводимостью р-типа, называемой эмиттером. Если бы не было правого n-р-перехода, в цепи "эмиттер—база" существовал бы ток, зависящий от напряжения источников (батареи и источника тока переменного напряжения) и сопротивления цепи, включая малое сопротивление прямого перехода "эмиттер — база".
Батарея Б2 включена так, что правый n-р-переход в схеме (рис. 3) является обратным. Он отделяет базу от правой области с проводимостью р-типа, называемой коллектором. Если бы не было левого р-n-перехода, сила тока в цепи коллектора была бы близка к нулю, так как сопротивление обратного перехода очень велико. При существовании же тока в левом р-n-переходе появляется ток и в цепи коллектора, причем сила тока в коллекторе лишь немного меньше силы тока в эмиттере. Это можно объяснить тем, что при создании напряжения между эмиттером и базой основные носители полупроводника р-типа — дырки — проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями. Поскольку толщина базы очень мала и число основных носителей (электронов) в ней не велико, попавшие в нее дырки почти не рекомбинируют с электронами базы и проникают в коллектор за счет диффузии. Правый n-р-переход закрыт для основных носителей заряда базы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (по рис. 3) плоскости много меньше площади сечения в вертикальной плоскости.
Сила тока в коллекторе, практически равная силе тока в эмиттере, изменяется вместе с током в эмиттере. Сопротивление резистора R мало влияет на ток в цепи коллектора, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Управляя током эмиттера с помощью источника тока переменного напряжения, включенного в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе R. При большом сопротивлении резистора изменение напряжения на нем может в десятки тысяч раз превышать изменение напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Одновременно и мощность, выделяющаяся на нагрузке R, будет значительно превышать мощность, расходуемую в цепи эмиттера. Происходит усиление мощности. Транзисторы получили широкое применение в технике.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 308-310.
