Властивості p—n-перехіду можна використовувати для створення підсилювача електричних коливань, називаного напівпровідниковим тpіодом або тpанзистоpом.
У напівпровідниковому тріоді дві p-
-області кристала розділяються вузькою n--областю. Такий тріод умовно позначають p-n-p. Можна робити і n-p-n тріод, тобто розділяти дві n-області кристалу вузькою p--областю (мал. 1).
Тріод p—n—p типу складається з трьох областей, крайні з який володіють диpочною провідністю, а середня — електронною. До цих трьох областей тріода робляться самостійні контакти а, б и в, що дозволяє подавати різні напруги на лівий p—n-пеpехід між контактами а і б і на пpавий n—p-пеpехід між контактами б и в.
Якщо на правий перехід подати зворотна напруга, то він буде замкнений і через нього буде протікати дуже малий зворотний струм. Подамо тепер пряму напругу на лівий p-n-пеpехід, тоді чеpез нього почне пpоходити значний пpямий струм.
Одна з областей тріода, наприклад ліва, містить звичайно в сотні разів більшу кількість домішок p-типу, чим кількість n-домішок в n-області. Тому прямий струм через p-n-перехід буде складатися майже винятково з діpок, що рухаються ліворуч напpаво. Потрапивши в n-область тpіода, діpки, які здійснюють тепловиті рухи, дифундують у напрямку до n-p-переходу, але частково встигають перетерпіти рекомбінацію з вільними електронами n-області. Але якщо n-область вузька і вільних електронів у ній не занадто багато (не яскраво виражений провідник n-типу), та більшість дірок досягне другого переходу і, потрапивши в нього, перемі+ститься його полем у праву p-область. У гарних тріодів потік дірок, що проникають у праву p-область, складає 99% і більш від потоку, що проникає ліворуч у n-область.
Якщо при відсутності напруги між точками а і б зворотний струм у n— p-
-переході дуже малий, те після появи напруги на затисках а і б цей струм поч-ти так само великий, як прямої струм у лівому переході. Таким способом можна керувати силою струму в правом (замкненому) n-p-переході за допомогою лівого p-n-переходу. Замикаючи лівий перехід, ми припиняємо струм через правий перехід; відкриваючи лівий перехід, одержуємо струм у правому переході. Змінюючи величину прямої напруги на лівому переході, ми будемо змінювати тим самим силу струму в правом переході. На цьому і засноване застосування p-n-p-тріода як підсилювача.
При роботі тріода (мал. 2) до правого переходу підключається опір навантаження R і з по-міццю батареї Б подається зворотня напруга (десятки вольтів), що замикає перехід. При цьому через перехід протікає дуже малий зворотний струм, а вся напруга батареї Б прикладається до n-p-переходу. На навантаженні ж напруга дорівнює нулю. Якщо подати тепер на лівий перехід невелику пряму напругу, то через нього почне протікати невеликий прямий струм. Майже такий же струм почне протікати і через правий перехід, створюючи спадання напруги на опір навантаження R. Напруга на правому n-p-переході при цьому зменшується, тому що тепер частина напруги батареї падає на опорі навантаження.
При збільшенні прямої напруги на лівому переході збільшується струм через правий перехід і росте напруга на опорі навантаження R. Коли лівий p-n-перехід відкритий, струм через правий n-p-перехід робиться настільки великим, що значна частина напруги батареї Б падає на опорі навантаження R.
Таким чином, подаючи на лівий перехід пряму напругу, рівну часткам вольта, можна одержати великий струм через навантаження, причому напруга на ній буде складати значну частину напруги батареї Б, тобто десятки вольтів. Змінюючи напругу, яка підводиться до лівого переходу, на соті частки вольта, ми змінюємо напругу на навантаженні на десятки вольт, таким способом одержують посилення по напрузі.
Посилення по струму при даній схемі включення тріода не виходить, тому що струм, що йде через правий перехід, навіть небагато менше струму, що йде через лівий перехід. Але внаслідок посилення по напрузі тут відбувається посилення потужності. У кінцевому рахунку посилення по потужності відбувається за рахунок енергії джерела Б.
Дію транзистора можна порівняти з дією греблі. За допомогою постійного джерела (плину ріки) і греблі створений перепад рівнів води. Затрачуючи дуже невелику енергію на вертикальне переміщення затвора, ми можемо керувати потоком води великої потужності, тобто керувати енергією могутнього постійного джерела.
Перехід, що включається в прохідному напрямку (на малюнках - лівий), називається емітерним, а перехід, що включається в замикаючому напрямку (на малюнках - правий) — колекторним. Середня область називається базою, ліва — емітером, а права — колектором. Товщина бази складає лише трохи сотих чи тисячних часток міліметра.
Термін служби напівпровідникових тріодів і їхня економічність у багато разів більше, ніж в електронних ламп. За рахунок чого транзистори знайшли широке застосування в мікроелектроніці — тілі-, відео-, аудіо-, радіоапаратурі і, звичайно ж, у комп'ютерах. Вони заміняють електронні лампи в багатьох електричних ланцюгах наукової, промислової і побутової апаратури.
Переваги транзисторів у порівнянні з електронними лампами - ті ж, як і в напівпровідникових діодів - відсутність напруженого катода, що споживає значну потужність і потребуючого часу для його розігріву. Крім того транзистори самі по собі в багато разів менше по масі і розмірам, чим електричні лампи, і транзистори здатні працювати при більш низьких напругах.
Але поряд з позитивними якостями, тріоди мають і свої недоліки. Як і напівпровідникові діоди, транзистори дуже чуттєві до підвищення температури, електричним перевантаженням і сильно проникаючим випромінюванням (щоб зробити транзистор більш довговічним, його запаковують у спеціальний “футляр”).
Основні матеріали з який виготовляють тріоди — кремній і германій.
|
