• 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

Вернемся сначала к вопросу: как можно управлять проводимостью полупроводника? Да, мы уже говорили о том, что для этих целей можно ввести в кристаллическую решетку полупроводника атомы примеси...

читать далее

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

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