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

Электроны участвуют в барьерном беге

Попробуем теперь разобраться в принципах работы транзистора и объяснить его усилительные свойства. Нам при этом поможет зонная диаграмма р—n-перехода.

Перед тем как изобразить эту диаграмму, обратим внимание на полярность напряжений в только что исследованной схеме. Эмиттер имеет положительный потенциал по отношению к базе. Это означает (вспомните р—n-переход), что потенциальный барьер между эмиттером и базой понижен.

Обратная картина наблюдается в коллекторном переходе: здесь р-область находится под большим отрицательным потенциалом (напряжение база — коллектор порядка 6—8 В) относительно n-области. Это значит, что барьер перехода база — коллектор существенно повышен по сравнению с эмиттерным переходом.

Проследим теперь за движением носителей заряда в транзисторе. Возьмем для этого п—р—n-транзистор, потому что здесь придется говорить в основном об электронах — более привычных носителях заряда, чем дырки.


Электроны участвуют в барьерном беге, статьи для начинающих


Итак, электроны, как показано на рисунке 57, принимают старт в барьерном беге. Им предстоит преодолеть два барьера — эмиттерный и коллекторный. Эмиттерный барьер понижен, поэтому электроны относительно легко преодолевают его и переходят в р-область базы. Здесь становится понятным название: эмиттер как бы выпускает носители заряда в базу (от латинского слова ernittere — выпускать).

Каждый перешедший в базу электрон становится «чужим среди своих» — избыточным неосновным носителем. Эти электроны стремятся «затеряться в толпе», т, е, равномерно распределиться среди небольшого количества неосновных электронов, всегда имеющихся в р-области базы. Этот процесс происходит совершенно так же, как распределение рыболовов по берегу реки и соответствует диффузии неосновных носителей в базе. (Расчеты показывают, что влияние небольшого электрического поля в базе на движение избыточных электронов можно не учитывать.)

Постепенно диффундируя через базу, электроны достигают коллекторного перехода. Этот переход для электронов представляет собой скорее горку, чем барьер, и электроны скатываются по этой горке в коллекторную область. Теперь понятно название «коллектор» — эта область как бы собирает носители заряда, преодолевшие базу (от латинского слова collector — собирающий). Б связи с этим коллекторная область изготовляется несколько большей по размерам, чем эмиттер, чтобы лучше собрать разбегающиеся от эмиттера электроны.

В коллекторной области электроны оказываются, образно говоря, «у себя дома»: они снова становятся основными носителями и быстро «растворяются» в «толпе» прочих основных электронов коллекторной области. Движение электронов через коллекторный переход и представляет собой ток коллектора.

Нам осталось разобраться в следующих вопросах; как же образуется ток базы? Почему сила тока базы значительно меньше силы тока коллектора?

Электроны, попадающие в базу из эмиттера, являются «лишними», избыточными по сравнению с «собственными» свободными электронами в базе. До их прихода в базу электроны и дырки находились в состоянии равновесия: количество исчезающих из-за рекомбинации пар электрон — дырка равнялось числу рождающихся пар. Появление «лишних» электронов нарушает этот баланс, и дырки стремятся «проглотить» этот избыток, чтобы снова восстановить равновесие.

Каждое исчезновение (рекомбинация) одного избыточного электрона приводит к исчезновению одной дырки. На место «погибшей» дырки в строй встает новая дырка, которая поступает в базу через базовый контакт. Но приток одной дырки — это то же самое, что уход из базы одного электрона! Значит, исчезновение каждого электрона в базе можно просто представить себе как его уход в цепь базы через базовый контакт. Так вот откуда берется базовый ток! Этот ток на самом деле является следствием процесса рекомбинации в базе, а сила тока, очевидно, равна заряду «погибающих» в базе электронов за единицу времени.

Почему же сила тока базы столь мала? Равновесие в процессе рекомбинации в базе восстанавливается в среднем за некоторое время т (так называемое «время жизни» избыточных электронов). Если не принять никаких мер по «спасению» избыточных электронов, их количество через время т сократится примерно втрое, а через промежуток времени, в 5—6 раз больший, будет составлять доли процента от первоначального количества.

Поэтому базовая область специально изготовляется настолько узкой, что избыточные носители заряда в основной массе успевают «добежать», т. е. продиффундировать, до коллекторного перехода за время, значительно меньшее т.

В этом случае лишь небольшая часть избыточных электронов будет рекомбинировать с дырками, а следовательно, сила тока базы будет значительно меньше силы тока коллектора. Что касается силы тока эмиттера, то совершенно ясно, что сила тока эмиттера равна сумме Силы тока базы и силы тока коллектора, а практически примерно раина силе тока коллектора. (Читатель может в этом убедиться сам. Для этого в нашей экспериментальной схеме сначала нужно измерить силу тока между выводами 3 и 4, а затем, замкнув эти выводы, включить прибор между выводом эмиттера и общей точкой базового и коллекторного источников напряжения.)

Вот и все о транзисторе, хотя то, что мы здесь рассказали, лишь малая часть возможностей этого удивительного прибора.




Похожие записи

Транзистор — «двусторонний бутерброд». Вряд ли читателю приходилось изготовлять странный бутерброд, когда кусок хлеба намазывается маслом с обеих сторон...

читать далее

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

читать далее

Еще раз о том, как электроны, нарушая порядок, все же его сохраняют. Понятие вероятности, о котором пойдет речь, требует определенной логики мышления, к которой надо привыкнуть.

читать далее