Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) ( 13 ) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (13)


Рис. 30. Полупроводниковый триод, по сути дела, представляет собой два полупроводниковых диода с одной общей зоной

пример, взять за основу полупроводник п-типа и с двух противоположных сторон с помощью акцепторных примесей создать в нем проводимость р-типа. В этом случае мы и получим два диода, а точнее, один сдвоенный диод - в центре останется зона п, а слева и справа от нее появятся зоны р. Таким образом в одном кристалле будет создано два самостоятельных рп-перехода (рис. 30).

Полученный нами прибор -не что иное, как транзистор. По типу имеющихся в нем зон - это транзистор со структурой р-п-р, или, короче, транзистор р-п-р. Точно так же, создав в центре кристалла зону р, общую для обоих диодов, а по краям две зоны п, мы получим транзистор п-р-п. Принципиальной разницы между этими транзисторами нет, работают они одинаково хорошо, однако в силу некоторых технологических соображений наиболее широко выпускаются транзисторы со структурой р-п-р.

Транзистор, который мы сделали из двух плоскостных диодов, тоже называется плоскостным. Первые образцы транзисторов были точечными - их получали, «приткнув» к полупроводниковому кристаллу две тонкие проволочки. Но вот уже много лет точечные транзисторы не выпускаются, так как они оказались хуже плоскостных. Существуют разные способы производства плоскостных транзисторов (стр. 247), и все они в той или иной степени похожи на наш учебный способ производства - объединение двух полупроводниковых диодов в одном приборе.

Для того чтобы облегчить дальнейший рассказ, давайте сразу же введем названия получившихся у нас трех зон транзистора. Средняя зона получит название «база», одна крайняя зона - «эмиттер», вторая - «коллектор». В дальнейшем станет ясно, почему «детали» транзистора называются именно так, а не иначе. А пока ограничимся лишь переводом этих слов на русский язык.

Слово «эмиттер» означает «выбрасывающий, испускающий». Все эти определения в данном случае относятся к электрическим зарядам. Эмиттер как бы выбрасывает, впрыскивает заряды в остальные слои транзистора, выпускает эти заряды в путешествие по электрическим цепям усилителя.

Коллектор - наоборот - собирает заряды на выходе из транзистора, и именно этим объясняется само его название. Слово «коллектор» означает «собирающий» и происходит от того же корня, что и «коллекционер» - «собиратель».

Название «база» - «основа» - имеет историческое происхождение, но применительно к нашей упрощенной модели транзистора оно вполне оправдано. Ведь, сооружая свой условный транзистор, мы взяли за основу именно базу - средний полупроводниковый кристалл, а затем уже создали рп-пе-реходы, введя с двух сторон в кристалл необходимые примеси. Тот рп-переход, который возник между базой и эмиттером, мы для краткости будем называть эмиттерным переходом, а рп-переход между базой и коллектором будем называть коллекторным переходом.

Кстати, о конструкции транзистора. Пока будем считать, что все три его составные части - эмиттер, база и коллектор - устроены одинаково и чем-то напоминают три склеенные спичечные коробки.

Итак, мы построили транзистор. Что дальше? А дальше нужно заставить его усиливать слабые электрические сигналы. Нужно заставить транзистор выполнять роль скульптора- «лепить» из постоянного тока мощную копию слабого сигнала.





Рис. 32 В транзисторе р-п-р на базе действует «минус» относительно эмиттера, и в базу из эмиттера устремляются дырки

Рис 31 Эмиттерный рга-переход транзистора всегда включен в прямом направлении, а коллекторный рп-переход -в обратном направлении.

Для начала подведем к транзистору необходимые питающие напряжения и посмотрим, что в нем при этом будет происходить. Все свои опыты мы будем проводить с транзистором р-п-р, так как именно эти транзисторы в дальнейщем будут нам встречаться чаще всего.

К нашему подопытному транзистору, как и к любому другому, необходимо подвести два питающих постоянных напряжения, и мы пока используем для этой цели две отдельные батареи (рис. 31).

Эмиттерная батарея Бд подключена к эмиттерному переходу «плюсом» к эмиттеру и «минусом» к базе. Это значит, что напряжение действует на эмиттерный переход в прямом направлении. Само обозначение Еэб в данном случае говорит о том, что речь идет о напряжении («плюс») на эмиттере относительно базы. Или, что то же самое, о напряжении («минус») на базе относительно эмиттера. Под действием «минуса» на базе туда начнут двигаться дырки из эмиттера (поскольку у нас диод р-п-р, то в эмиттере основные носители-это дырки), то есть через диод эмиттер -база пойдет прямой ток (рис. 32).

В коллекторном переходе все наоборот. Чтобы транзистор работал, постоянное коллекторное напряжение должно действовать на свой переход в обратном направлении, и поэтому батарею мы подключим «плюсом» к базе и «минусом»- к самому коллектору, а для чистоты опыта на некоторое время отключим батарею fij. Минус» коллектора, естественно, не будет притягивать электроны из базы (не забудьте, что в б,азе создана л-проводимость и основные носители там - электроны), н через диод база -коллектор, то есть через коллекторный переход, ток не Пойдет,

У нас есть два независимых полупроводниковых диода - эмиттерный и коллекторный переходы, и каждый из них включен в цепь своей собственной батареи. Один диод включен в прямом направлении (эмиттерный переход), и через него идет достаточно большой прямой ток. Другой диод включен в обратном направлении (коллекторный переход), и в его цепи тока нет. Что делать дальше? А дальше нам прежде всего нужно проверить, насколько уместно по отношению к этим диодам мы применили слово «независимые».

Действительно, оба диода, образующие транзистор, имеют одну общую зону - п. Не окажется ли, что через эту зону один из диодов, один из р«-переходов транзистора, влияет на другой рп-переход? Не окажется ли, что эмиттер каким-то образом влияет на коллектор через базу? Ответ на эти вопросы может подсказать уже знакомое нам слово «диффузия». И в данном случае речь пойдет о диффузии электрических зарядов (в нашем конкретном случае - дырок) в самой базе.

Дырки, попадающие в базу из эмиттера, казалось бы, должны немедленно без каких-либо отклонений уйти к «минусу» батареи Бэ и через нее вернуться в эмиттер (рис. 32, 33, листок А). Ведь именно «минус» на базе привел в нее из эмиттера эти дырки, и именно к «минусу» дырки должны




Рис. 33. В результате диффузии дырки проходят через базу в область коллекторного prt-перехода.

стремиться в первую очередь. В самом упрощенном виде вся эта сцена могла бы выглядеть так: к базе в огромных количествах подходят свободные электроны с «минуса» батареи Бд (на то он и «минус»!), а с другой стороны- от эмиттера (на то он и зона р!) к базе подходят дырки. Дырки движутся сквозь базу, устремляются к ее выводу, который соединен с «минусом» батареи - поставщиком свободных электронов. Здесь, в районе металлического вывода, и происходит нейтрализация .дырок, превращение их в нейтральные атомы. При этом освобождается место и для новых, идущих со стороны эмиттера дырок, и для новых, идущих со стороны «минуса» батареи свободных электронов. Движение дырок, то есть прямой ток через эмиттерный рп-переход, идет непрерывно.

У нас получилась хотя и очень упрощенная, но весьма правдоподобная картина. И именно так все происходило бы, если бы не диффузия дырок в базе.

Дырки движутся по базе не только под действием электрических сил, не только под действием «минуса», зовущего их в цепь эмиттерной батареи Бд. Наряду с таким упорядоченным движением дырки еще и расталкивают друг друга (напоминаем о примечании на стр. 26). Дырки стремятся разойтись из районов своего наибольшего скопления в те районы базы, где этих дырок сравнительно мало. В этом и состоит диффузия (стр. 56). Именно она приводит к тому, что некоторая часть дырок, пропутешествовав через всю базу, подходит к пограничным районам коллекторного рп-перехода (рис. 33, листок Б). И вот здесь-то все и начинается...

Коллекторный переход включен в цепь своей коллекторной батареи Бк в обратном направлении и поэтому ведет себя как большое сопротивление. Но что значит «большое сопротивление»? Это ведь совсем не означает, что между базой и коллектором стоят какие-то невидимые заборы, препятствующие движению зарядов. «Большое сопротивление» просто означает, что нет самих свободных зарядов, которые могли бы 84

двигаться и создавать ток. В области коллекторного р/г-перехода зарядов нет, потому что они ушли оттуда. Этот переход включен именно так, что напряжение Ец оттягивает основные заряды от пограничной полосы,- дырки уходят из прилегающих к границе районов базы (рис. 17).

И вот теперь представьте себе, что в этот самый пограничный район базы диффузия загоняет пришедшую из эмиттера дырку. Разумеется, «минус» коллекторной батареи сейчас же потянет эту дырку к себе, и она немедленно перескочит в коллектор. Мы не будем пока говорить обо всех последствиях этого «прыжка», скажем лишь об одном. Появившись в пустом коллекторном переходе, дырка уменьшит его сопротивление. И чем больше дырок проникнет в коллекторный переход, тем меньше будет его сопротивление.

Давайте еще раз проследим всю цепочку событий.

Первое: прямой ток через эмиттерный переход поставляет в базу дырки (рис. 32). Второе: в результате диффузии дырки проходят через всю базу и попадают в район коллекторного перехода (рис. 33). Третье: попавшие в коллекторный переход дырки уменьшают его сопротивление, создают коллекторный ток (рис. 34). И отсюда делаем самый главный вывод: изменяя ток в цепи эмиттер - база, мы изменяем сопротивление цепи коллектор - база, изменяем коллекторный ток.

Не об этом ли мы мечтали? Не к этому ли стремились все время? Наконец-то мы нашли нужного нам скульптора. Действительно, если в эмиттерную цепь включить источник слабого сигнала, то он заставит изменяться ток в этой цепи. И, значит, вслед за слабым сигналом, повторяя все его «взлеты» и «падения», будет меняться сопротивление коллекторного рп-перехода. А поскольку коллекторный переход включен в цепь мощного источника постоянного тока - батареи Бк, то в итоге под действием входного сигнала будет изменяться выходной ток, произойдет усиление сигнала.

В этом описании, правда, остается еще одна маленькая неясность. Еще нужно доказать, что сигнал на выходе транзистора будет не просто копией входного сигнала, а его мощной копией. Нужно доказать, что произойдет не простое копирование сигнала, а именно его усиление.

Нас, конечно, не устроит доказательство от противного: если бы транзисторы не усиливали, то кто бы стал их делать! Мы попробуем проверить усилительные способности транзистора путем рассуждений и расчетов, а также с помощью простейших экспериментов.

Прежде всего внесем поправку в простейшую модель транзистора, где три зоны полупроводникового триода отобража-



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) ( 13 ) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59)