Типы транзисторов

Отечественной промышленностью освоен выпуск самых разнообразных типов транзисторов. При этом с каждым годом совершенствуются их конструкция и технология изготовления, повышается надежность, увеличивается срок службы, а следовательно, и расширяется область практического применения транзисторов.

В настоящее время промышленность выпускает только плоскостные транзисторы различных типов, отличающиеся между собой как технологией изготовления, так и принципом работы.

По принципу работы они делятся на транзисторы, у которых внутри базы отсутствует электрическое поле, а носители зарядов перемещаются в результате диффузии, и на транзисторы, у которых внутри базы имеется электрическое поле, под действием которого и происходит дрейф носителей тока через базу. Первые транзисторы называют диффузионными, вторые — дрейфовыми.

Технология изготовления низкочастотных силовых транзисторов заключается в том, что на диск, выпиленный из кристалла германия диаметром около 10 мм и толщиной 1—1,5 мм, кладут диск из индия — коллектор, а снизу укрепляют лепесток из сплава индия с галлием —эмиттер. Всю конструкцию помещают в водородную печь, где индий сплавляется с германием. Так образуются р—n-переходы. Готовый транзистор припаивают к держателям, укрепленным в стеклянных бусинках на металлическом фланце. Сверху транзистор закрывают металлическим колпачком, который защищает его от проникновения влаги и механических повреждений.

Часто один из выводов — коллектор или база — соединяют с фланцем (корпусом) транзистора.

Расширение диапазона рабочих частот транзистора достигается за счет уменьшения толщины базы и площади коллектора, поэтому высокочастотные транзисторы изготовляют методом электрохимического травления, например в пластинке германия, двух углублении. После того как толщина базы получается порядка нескольких микрон, на поверхность углублений наносят индий. В объеме под контактом образуется поверхностный переход, или барьер.

Поверхностно-барьерные транзисторы, благодаря своей малой толщине, могут работать на частотах до нескольких десятков мегагерц. Однако по этой же причине на коллектор нельзя подавать напряжения, превышающие 10 в. Допустимая мощность рассеивания коллектором не превышает нескольких десятков милливатт.

Наиболее высокочастотные транзисторы (дрейфовые) изготовляют, используя явление диффузии одних веществ в другие. При этом удается изготовить базу толщиной менее одного микрона. У таких типов транзисторов ускоряющее электрическое поле коллектора распространяется на область базы. Время движения неосновных носителей зарядов через базу уменьшается. Поэтому верхние граничные частоты достигают сотен мегагерц.

Практическое применение находят также транзисторы, управляемые напряжением, — канальные транзисторы (рис. 93, а).

Канальные транзисторы имеют один электронно-дырочный переход. В средней части германиевой пластинки с n-проводимостыо вплавлен кольцевой слой индия. К торцам германиевой пластинки подводится постоянное напряжение через сопротивление нагрузки.

По пластинке германия течет ток  I, определяемый по закону Ома с учетом напряжения источника питания E, сопротивления нагрузки Rн и сопротивления пластинки германия. Этот ток создают электроны, двигающиеся в электрическом поле э. д. с. Е, когда между индиевым электродом и германиевой пластинкой приложено обратное напряжение. На рис. 93, а это напряжение снимается с потенциометра П. Рис. 93.   Конструкции   транзисторов:  а — канального; б — типа р—n—i—р; в—динисторы и тиристоры; г— условные изображения динисторов и тиристоров в электрических схемах.

Ширина р—n-перехода при наличии запирающего напряжения увеличивается. Поле перехода препятствует проникновению в эту область электронов. Чем больше запирающее напряжение, тем меньше поперечное сечение канала германия, по которому перемещаются электроны. Сопротивление пластинки германия и падение напряжения на ней возрастают, напряжение на нагрузке падает. Если к р—n-переходу приложить переменное напряжение сигнала, то ток в цепи, а следовательно, и напряжение на нагрузке будут изменяться в соответствии с входным сигналом. Основными достоинствами канального транзистора являются большие входное и выходное сопротивления.

На рис. 93, б схематически показана конструкция канального транзистора с дополнительным слоем собственной проводимости (обозначаемым i). Базу образует кристалл n-германия, в котором примеси распределены неравномерно. К эмиттеру прилегает слой с высокой концентрацией доноров — слой с малым сопротивлением. Остальная часть базы обладает только собственной проводимостью — большим сопротивлением. База имеет кольцевой вывод, прилегающий к низкоомному слою базы, по которому ток эмиттер — база проходит от эмиттера к кольцевому выводу базы.

К коллектору прикладывают напряжение смещения такой величины, чтобы ширина коллекторного перехода доходила до низкоомного слоя базы. При этом коллекторный ток будет проходить на базу только по низкоомной области. Увеличение напряжения на коллекторе не будет сопровождаться увеличением емкости коллекторного перехода, так как перемещение его происходит в области с высокой концентрацией примеси.

Таким образом, при той же толщине базы и площади коллекторного перехода, как и у обычного сплавного транзистора, канальный транзистор типа р—n—i—p имеет меньшую емкость коллекторного перехода и более высокие допустимые рабочие напряжения.

Практическое применение находят также динисторы и тиристоры — приборы со структурой р—n—р—n. Эквивалентную    схему этих приборов (рис. 93, в) можно представить в виде соединения двух транзисторов типа n—р—n (Т₂) и р—n—р (Т₁).

Коллекторный ток транзистора Т, является базовым отпирающим током транзистора Т₂; коллекторный же ток транзистора Т₂ является базовым отпирающим током транзистора Т₁.

Незначительное увеличение эмиттерного тока транзистора Т₁ вызывает приращение тока коллектора ΔI_{к. Т1}, который, поступая на базу транзистора Т₂ (ΔI_бТ₂= ΔI_{к. Т1}), вызывает  приращение  коллекторного  тока транзистора Т₂ на величину

ΔI_{к. Т2} = ΔI_{б. Т2}β₂= ΔI_{к. Т2}β₂

Коллекторный ток ΔI_{к. Т2} увеличивается в транзисторе Т₁ на величину

ΔI'_{к. Т1} = ΔI_{к. Т2}β₁ = Δi_{б. Т1}β₁=ΔI_{к. Т1}β₁β₂

К концу первого цикла первоначальное приращение коллекторного тока ΔI_{к. Т1}, увеличилось в β₁β₂ раз. При следующих циклах ток в контуре эквивалентных транзисторов возрастает еще больше. Причиной возрастания тока является также лавинообразное увеличение носителей в обедненной области центрального р—n-перехода вследствие ударной ионизации. Поэтому в эквивалентную схему введен стабилитрон Ст. Таким образом, при достаточно большой величине э. д. с. в динисторе происходит генерация носителей тока, ток увеличивается, а напряжение на нем падает, что равноценно появлению «отрицательного» сопротивления в вольт-амперной характеристике.

Сопротивления R₁ и R₂ шунтируют эмиттерные переходы, так как при небольших э. д. с. рост эмиттерных токов замедляется из-за рекомбинации носителей в полупроводниковых слоях.

Переход структуры р—n—р—n в проводящее состояние можно вызвать не только увеличением напряжения, но и увеличением тока базы одного из эквивалентных транзисторов. Для этого от одной из баз делают дополнительный вывод. Такие приборы называют тиристорами.

Условные обозначения транзисторов разработки 1964 г. состоят из двух или трех элементов. Первый элемент — буква П — обозначает плоскостные транзисторы. Второй элемент указывает область применения транзистора (см. табл. 2), третий элемент — разновидность прибора данного типа.

Таблица 2. Цифровые элементы обозначений транзисторов различных типов

Например, транзистор марки П404А означает плоскостной, высокочастотный, маломощный, германиевый транзистор разновидности А. Если транзистор данного типа не имеет разновидности, то третий элемент обозначения отсутствует.

Вновь разрабатываемым транзисторам присвоены обозначения из четырех элементов. Первый элемент обозначает материал, из которого изготовлен транзистор (буква Г или цифра 1 соответствуют германию, а буква К или цифра 2 — кремнию); второй элемент указывает класс прибора (для транзисторов — буква Т, для выпрямительных импульсных диодов — Д, для фотоприборов — Ф и т. д.); третий элемент определяет электрические свойства транзистора; четвертый элемент — разновидность транзистора данного типа.

Например, транзистор марки ГТ405А означает германиевый, высокочастотный, маломощный, разновидности А.

При эксплуатации транзистора необходимо руководтвоваться следующими основными правилами:

1. следить за требуемой в данной схеме полярностью источников питания;
2. всегда учитывать, что, несмотря на одинаковый тип проводимости эмиттера и коллектора, они не взаимозаменяемы: сопротивление эмиттерного перехода значительно меньше коллекторного, поверхность коллектора гораздо больше поверхности эмиттера и поэтому, при подаче коллекторного напряжения на эмиттер, эмиттерный переход пробивается.
3. при включении транзистора в схему, находящуюся под, напряжением, сначала присоединить базу, потом эмиттер, а затем коллектор;
4. отключение транзистора от схемы, находящейся под напряжением, производить в обратной последовательности;
5. при пайке гибкие выводы транзистора держать плоскогубцами со стороны корпуса во избежание их перегрева.