• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com

Транзистор

Транзистор — «двусторонний бутерброд».

Вряд ли читателю приходилось изготовлять странный бутерброд, когда кусок хлеба намазывается маслом с обеих сторон. Но если р—n-переход — бутерброд о маслом с одной стороны, то транзистор — это именно двусторонний бутерброд!

Действительно, для изготовления транзистора берут достаточно тонкую (около 50 мкм) пластину полупроводника определенного типа проводимости и с обеих сторон вплавляют металл, изменяющий тип проводимости иа противоположный. Например, в исходную пластину Ge n-типа вплавляют In для получения р-областей (рис. 54). В этом случае получается «бутерброд» типа р—п—р.


Транзистор, статьи для начинающих


Если, наоборот, взять в качестве исходной пластину полупроводника р-типа, то после вплавления соответствующих примесей можно получить n—р—n-«бутерброд». Таким образом, транзисторы бывают р—n—р-типа и n—р—n-типа.

Каждая из трех областей транзистора имеет свое название. Например, в р-n-р-транзисторе р-область меньших размеров называется эмиттером, р-область несколько больших размеров — коллектором, и исходная пластина — базой.

Смысл этих названий станет ясен, когда мы расскажем о работе транзистора. Сейчас же важно отметить, что каждая иа областей транзистора снабжена проволочным выводом, и при включении транзистора в схему важно их не перепутать!

Убедимся на опыте в усилительных «способностях» транзистора

Для нашего опыта подойдет любой имеющийся в продаже транзистор типа р—n—р. (Можно взять и транзистор типа n—р—n, но в этом случае полярность всех батарей, изображенных на схеме, нужно изменить на противоположную.),

Кроме транзистора, для опыта необходимы две батарейки от карманного фонаря с напряжением (U=4,5 В; три резистора с сопротивлениями R1 — 200 кОм, R2 — 200 кОм, R3=500 Ом и школьный тестер для измерения токов и напряжений.


Транзистор, статьи для начинающих


Соберем схему, показанную на рисунке 55 (не перепутайте выводы транзистора!), где в цепь база — эмиттер включена батарейка последовательно с резистором R1t а в цепь база — коллектор — другая батарейка последовательно с резистором RЗ. Между выводами 1 и 2 включим ключ К, а между выводами 3 и 4 — прибор для измерения силы тока. (Вместо батарейки U1 можно использовать сухой элемент с напряжением 1,5 В; в этом случае значения сопротивлений R1 и R2 нужно снизить примерно втрое.)

Разомкнем сначала ключ Я и убедимся в том, что сила тока, показываемая прибором в цепи коллектора, исчезающее мала. Замкнем ключ К — и сразу сила тока в коллекторной цепи станет равной нескольким миллиамперам.

Интересно, какова сила тока, протекающего при этом в цепи базы? Для выяснения этого перенесите прибор для измерений силы тока от выводов 3—4 к выводам 1^2; при этом, конечно, нужно разомкнуть ключ К и замкнуть выводы 3 и 4. Убедитесь в том, что сила тока в цепи базы во много раз меньше силы тока в цепи коллектора (не забудьте переключить предел измерения прибора!).

Ток базы протекает через резистор сопротивлением R1 и переход база — эмиттер. Сопротивление перехода в прямом направлении намного меньше R1t поэтому сила тока в цепи базы примерно равна 4,5 В: 2,0-10^5 Ом=2,3-10^-5А=23мкА.

А теперь посмотрим, как транзистор реагирует на изменения силы тока в цепи базы? Оставляя схему неизменной (прибор включен в цепь базы), прикоснемся ненадолго выводами резистора R2 к выводам R1 — это самый простой в наших условиях способ изменения силы тока в цепи базы. Действительно, при этом полное сопротивление цепи базы уменьшится вдвое, а сила тока в цепи, базы вдвое возрастет (4,5 В:10^5Ом=4,5*10^-5 А=45 мкА; показания прибора должны подтвердить это!). Итак, изменяя сопротивление цепи базы, мы изменяем силу тока в ней на 45 мкА—23 мкА=22 мкА.

Теперь определим «реакцию» транзистора на такое изменение силы тока в цепи базы. Перенесем прибор в цепь коллектора, соответственно изменив предел измерения до нескольких миллиампер; ключ К при этом замкнем. Присоединяя ненадолго выводы резистора R1 к выводам резистора R2, будем внимательно следить за изменениями силы тока в цепи коллектора по прибору. Мы заметим, что это изменение в десятки раз превышает изменение силы тока базы. Но это и означает, что транзистор усиливает изменения силы тока!

Может показаться, что на этом усилительные «способности» транзистора исчерпываются. Но это не так. Сделаем небольшое отступление и вспомним хорошо известный читателям трансформатор переменного тока.

Что же «трансформирует» трансформатор? «Напряжение!»— наиболее очевидный ответ. Действительно, подбирая соотношение количества витков в первичной и вторичной обмотках, мож но, например, из сетевого напряжения 220 В получить напряжение 127 В (рис. 56).


Транзистор, статьи для начинающих


А можно ли в цепи в вторичной обмотки трансформатора получить силу тока большую, чем в цепи первичной обмотки? Можно! Если ко вторичной обмотке подключить нагрузку, например лампу на 127 В, то окажется, что снижение напряжения с 220 В до 127 В сопровождается увеличением силы тока в такое же число раз.

«Так что же, — спросит читатель, — трансформатор — такой же усилитель тока, как и транзистор?» Конечно, нет! Все дело в том, что трансформатор не усиливает мощности переменного тока — мощность, рассеиваемая в цепях первичной и вторичной обмоток (если не учитывать дополнительных потерь в сердечнике и самих обмотках на джоулево тепло) одинакова. И это естественно, ведь никаких дополнительных источников энергии в цепи вторичной обмотки нет.

Совершенно другая картина наблюдается в транзисторе. Оказывается, что транзистор может усиливать мощность электрических сигналов.

Убедимся в том, что и в нашей схеме происходит на самом деле усиление мощности. Надо только очень внимательно разобраться в том, как определить мощность, расходуемую для управления в цепи база — эмиттер, и полезную мощность, которая рассеивается в выходной цепи коллектор — база.

К входной цепи эмиттер — база на нашей схеме очень подошло бы выражение «стрельба из пушки по воробьям». Действительно, если измерить напряжение база — эмиттер (ключ К замкнут, тестер подсоединен параллельно переходу эмиттер — база в режиме измерения напряжения), оно окажется равным всего лишь 0,3—0,6 В. Значит, от источника с напряжением U отбирается для управления лишь «чайная ложка» мощности, равная произведению силы тока базы на напряжение эмиттер — база: 2,3 *10^-5 А *0,6 В = 1,4*10^-5 Вт. Остальная мощность рассеивается бесполезно на резисторе R1.

Полезную мощность мы можем определить как мощность, рассеиваемую на сопротивлении нагрузки в выходной коллекторной цепи. Если, например, сила тока коллектора в 50 раз превышает силу тока базы, то полезная мощность будет приблизительно равна (50*2,3*10^-5)^2А^2-0,5*10^3Ом=6,6-10^-4Вт. Усиление по мощности в этом случае оказалось больше в 50 раз.

Откуда же берется дополнительная энергия в коллекторной цепи? Конечно, от источника ЭДС — батарейки, включенной между эмиттером и коллектором. Значит, базу в транзисторе можно считать регулирующим клапаном, который управляет расходом энергии в цепи коллектор— эмиттер, но сам при этом потребляет лишь небольшую энергию.

В этом смысле транзистор напоминает вакуумную лампу-триод, в которой роль клапана играет управляющая сетка. Отличие лампы от транзистора состоит в том, что мощность, необходимая для управления анодным током, в лампе еще меньше, так как сеточный ток ничтожно мал.




Похожие записи

Обратите внимание на то, как подвешены провода высоковольтной линии электропередачи. Они висят высоко над землей на гирляндах из фарфоровых или стеклянных изоляторов...

читать далее

Может ли электрический ток существовать без внешнего электрического поля? Вернемся к вопросу об образовании электрического тока — направленного движения зарядов.

читать далее

Варикапы

04.02.11

Р—n-переход накапливает заряды. Слово «варикап» составлено из двух английских слов — to vary — изменяться и capacitance — емкость...

читать далее