Конспект урока "Транзисторы"

Изучив электрический ток в полупроводниках и познакомившись с p-n переходом, мы можем приступить к рассмотрению транзисторов. Транзисторы – это очень хитроумные приборы, без которых современная электроника просто немыслима.

Конспект урока "Транзисторы"

Рассмотрим приборы, которые включают в себя два р-п перехода — транзисторы. Между двумя полупроводниками п-типа создается тонкая прослойка из полупроводника р-типа (на рисунке толщина полупроводников обозначена чисто условно, а не пропорционально их реальным размерам).

Или же, можно сделать наоборот: между двумя полупроводниками р-типа помещают тонкую прослойку полупроводника п-типа.

Соответственно, транзисторы делятся на два типа: рпр транзисторы и прп транзисторы. Прослойку, находящуюся между полупроводниками одного типа называют базой (иногда основанием). Транзистор может быть включен в цепь, представленную на рисунке.

Обратите внимание на то, как подключена первая батарея: ток обусловлен движением основных носителей, то есть пэ эн переход в левой части схемы является прямым. В этом случае, полупроводник в левой части нашей схемы называетсяэмиттером. Обратимся теперь к правой части нашей схемы. Вторая батарея включена таким образом, что ток обусловлен движением неосновных носителей, то есть этот р-п переход является обратным. В этом случае, полупроводник в правой части схемы называется коллектором. На нашей схеме для наглядности мы подробно показали транзистор, но на стандартных схемах он обозначается более компактно.

На условном обозначении транзистора вы можете найти букву Э, обозначающую эмиттер, букву К, обозначающую коллектор и букву Б, обозначающую база.

Давайте рассмотрим протекание тока в каждом из полупроводников, входящих в транзистор. Обратим внимание сначала нар-п переход между эмиттером и базой. Эмиттер является полупроводником р-типа в данном случае, поэтому основными носителями заряда в нем являются дырки. Эти дырки проникают в базу, где основными носителями заряда являются электроны. Но, поскольку толщина базы очень мала, число электронов там очень невелико, несмотря на то, что они являются основными носителями. Попавшие в базу дырки практически не объединяются с электронами, в результате чего проникают в коллектор посредством диффузии.

Теперь обратим внимание на р-п переход между базой и коллектором. Этот переход обратный, и образовывает заслон для основных носителей базы, то есть, электронов. Однако, дырки проникают в коллектор под воздействием электрического поля, в результате чего цепь замыкается. Сила тока в эмиттере равна сумме токов в базе и коллекторе: 𝐼_э=𝐼_б+𝐼_к. Но ток в базе ничтожно мал, поэтому мы можем считать, что сила тока в коллекторе почти такая же, как и в эмиттере: 𝐼_э ≈ 𝐼_к.

Мы еще ни слова не сказали о сопротивлении, которое создается включенным в нашу цепь резистором. Надо сказать, это сопротивление практически не влияет на ток в коллекторе. Дело в том, что ток в коллекторе практически полностью обусловлен строением самого транзистора, а именно — свойствами полупроводников, из которых он изготовлен, и напряжением, которое подается на эмиттер. В данном случае, конечно, речь идет о применении источника переменного тока. Итак, сопротивление может быть довольно большим, но при этом оно не будет влиять на ток в коллекторе. Изменение же напряжения на эмиттере будет вызывать синхронное изменение напряжения на резисторе. Таким образом, если мы используем резистор с очень большим сопротивлением, мы сможем получать мощные сигналы на нем, создавая лишь небольшие изменения напряжения на эмиттере. Это свойство, так или иначе, используется во многих микросхемах, микропроцессорах и так далее. Транзисторы используются повсеместно: в приемниках, компьютерах и даже в приборах, предназначенных для космических исследований. Транзисторы с успехом заменили электронные лампы, которые были громоздкими и значительно менее безопасными. Первый компьютер, как раз, работал на электронных лампах, и занимал помещение, сравнимое с размерами спортзала. Сегодня в компьютерах используются маленькие микросхемы с транзисторами, каждый из вас знает, насколько меньшее пространство занимает современный компьютер, чем спортзал.

Возможно, вас впечатлит тот факт, что на сегодняшний день, на каждого жителя Земли приходится приблизительно 10 миллиардов транзисторов.