• 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

Как ни могуществен этот маленький волшебник — транзистор, но и у него есть недостатки.

читать далее

Что запрещено и что разрешено электронам в кристалле? Для ответа на поставленный вопрос нам придется познакомиться с несколько необычной на первый взгляд моделью вещества.

читать далее

Беспризорные электроны мечутся внутри металла. Как заставить их двигаться в заданном направлении? Мы входим в комнату, нажимаем на клавишу выключателя и зажигаем электрическую лампу, висящую над столом...

читать далее