Полупроводниковые триоды транзисторы

Транзисторы

Полупроводниковые триоды, или транзисторы, широко применяются в современной электронной аппаратуре для усиления и генерирования электрических колебаний благодаря ряду достоинств по сравнению с электронными лампами. Транзисторы по своим размерам и весу в десятки раз меньше и легче электронных ламп; они обладают большой механической прочностью, долговечностью. Самым большим преимуществом транзистора является его высокая экономичность. В отличие от электронной лампы, у транзисторов отсутствуют цепи накала. Питающие напряжения, необходимые для их нормальной работы, в десятки раз меньше, чем у электронных ламп.

Вместе с тем, транзисторы, выпускаемые промышленностью, пока еще страдают многими недостатками, к которым относятся главным образом разброс параметров, зависимость их от температуры, ограниченный рабочий диапазон частот, сравнительно высокий уровень шумов. В целях ликвидации указанных недостатков ведутся соответствующие научно-исследовательские работы, но пока по этим причинам в ряде случаев не удается заменить электронную лампу транзистором.

Промышленность в основном выпускает плоскостные полупроводниковые триоды. По сравнению с точечными транзисторами они имеют более стабильные параметры, что способствует более устойчивой работе транзистора в схеме.

Полупроводниковый триод представляет собой систему, состоящую из двух близко расположенных n — р-переходов. Основным элементом транзистора, его базой (основанием) является кристалл германия или кремния с n- или р-проводимостью. Этот кристалл образует внутренний слой полупроводникового триода. Крайние слои имеют проводимость одного и того же типа, но противоположную проводимости базы. Один слой, называемый эмиттером, образует с базой эмиттерный переход. Другой крайний слой называется коллектором и образует с базой коллекторный переход.

В зависимости от чередования слоев с n- и р-проводимостями различают транзисторы типа n—р—n и транзисторы типа р—n—р. Следует иметь в виду, что, несмотря на одинаковую проводимость эмиттерного и коллекторного слоев, содержание примеси в них различно, поэтому эмиттер и коллектор не взаимозаменяемы. Наибольшую плотность основных носителей имеет эмиттер, а наименьшую — база.

На рис. 81 приведены схематическое и условное изображения транзисторов.

Рис. 81. Схематическое (а) и условное (б) изображения транзисторов.

При изготовлении транзистора в качестве базы преимущественно используется германий, так как подвижность основных носителей в нем гораздо больше, чем в кремнии.

Поэтому удается получить германиевые транзисторы, работающие на более высоких, по сравнению с кремниевыми, частотах. Однако транзисторы с кремниевым основанием выдерживают более высокие температуры.

Конструкция плоскостного транзистора (германиевого триода типа n—р—n) показана на рис. 82. Его базой является пластинка кристалла германия. Толщина пластинки измеряется десятками, а иногда и единицами микрон. На пластинку германия с двух сторон наплавляется сурьма. В местах сплавления сурьмы и германия образуются два слоя (эмиттер и коллектор) с проводимостью типа n.

Рис. 82. Конструкция плоскостного транзистора. 1 — крышка корпуса; 2—пластинка германия; 3—изолятор; 4 — выводы электродов; 5—основание корпуса.

Пластинка германия крепится в кристаллодержателе, в свою очередь, укрепленном на металлическом основании корпуса транзистора, к которому непосредственно припаян вывод базы. Выводы от эмиттера и коллектора пропущены также сквозь основание корпуса через проходные стеклянные изоляторы.

Подобное же устройство имеет плоскостной сплавной германиевый полупрводниковый триод типа р—n—р, с той лишь разницей, что акцепторным веществом обычно является индий. Конструктивное оформление р—n—р-транзистора ничем не отличается от подобного транзистора типа n—р—n, представленного на рис. 82.

Принцип действия полупроводникового триода заключается в том, что через эмиттерный переход э, на который подано прямое напряжение, проходит ток эмиттера Iэ (рис. 83).

Этот ток является суммой токов основных носителей эмиттера и основных носителей базы:

I_э=I_о.н.э+I_о.н.б (92)

где I_о.н.э — ток дырок, перемещающихся из эмиттера в базу; I_о.н.б — ток электронов, перемещающихся из базы в эмиттер.

Рис. 83. Схема, иллюстрирующая принцип действия транзистора.

Следует иметь в виду, что направление перемещения дырок совпадает с обозначением направления тока.

Дырки, попавшие из эмиттера в базу, образуют у эмиттерного перехода повышенную концентрацию неосновных носителей тока базы, они диффундируют в направлении к коллектору.

Электрическое поле базы почти не влияет на движение дырок в базе, так как оно компенсируется противоположным полем основных носителей базы. Так как толщина базы мала, а следовательно и расстояние между эмиттерным и коллекторным переходами тоже мало, то большая часть дырок — неосновных носителей базы — доходит до коллекторного перехода, и только лишь очень незначительная часть рекомбинирует в базе с электронами, участвуя в создании тока базы I_б.

Между коллектором и базой прикладывают сравнительно большое обратное напряжение U_бк. Однако для дырок в базе (неосновных носителей базы) это напряжение является ускоряющим. Поэтому дырки под действием напряжения коллектора двигаются через коллекторный переход и увеличивают ток коллектора

I_к = I_к.о + αI_э. (93)

где I_к.о — обратный ток коллекторного перехода (ток неосновных носителей) измеряется единицами микроампер и поэтому практически мало влияет на ток коллектора; I_э — ток через эмиттерный переход; α — коэффициент усиления по току, который показывает, какая часть полного тока эмиттера попадает в коллектор м вызывает его увеличение.

Из формулы (93) следует, что, изменяя ток эмиттера (или напряжение между эмиттером и базой), можно управлять током коллектора аналогично тому, как можно было управлять анодным током в электронной лампе, изменяя напряжение на управляющей сетке.