Файл: Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера.pdf

ством p-rt-перехода, определяющим частотные свойства дан­ ного полупроводникового прибора.

Большое влияние на свойства полупроводника оказы­ вает температура. При повышении температуры увеличи­ вается число пар носителей зарядов — электронов и дырок (концентрация их растет), за счет чего увеличивается про­ водимость полупроводника. Возрастают и прямой и обрат­ ный токи, протекающие в кристалле. Возрастание прямого тока происходит сравнительно медленно, так как он образо­ ван в основном за счет примесной проводимости. Концент­

два раза. Из сказанного можно заключить, что при повышении температуры выпрями­ тельные свойства р-п-перехода (свойство односторонней проводимости) у х у д ш а ю т с я .

Полупроводниковый диод представляет собой кристалл полупроводника с одним р-п-переходом, и все параметры диода определяются свойствами использованного в нем пе­

В плоскостном переходе независимо от способа его полу­ чения площадь запорного слоя больше, чем в точечном пере­ ходе, и поэтому собственная емкость плоскостных диодов всегда превышает собственную емкость точечных диодов. Так, если емкость мощных плоскостных диодов достигает величины нескольких сотен пикофарад, то емкость точечных диодов составляет единицы пикофарад и даже доли пикофа­ рады. В то же время при большей площади перехода через диод могут проходить большей величины токи. Исходя из этого, плоскостные диоды применяются в основном для вы­ прямления переменных токов низких частот. Точечные дио­ ды могут работать в широком диапазоне частот и наиболее часто используются для детектирования высокочастотных сигналов.

98

Основными параметрами силового (выпрямительного) диода, имеющими значение для практики, следует считать максимальное значение прямого тока, при котором диод может длительно работать без перегрева, и максимально допустимое обратное напряжение, при котором возможна длительная работа диода без его пробоя. Превышение этих значений тока и напряжения может привести к полному разрушению диода.

Для точечных диодов еще одним важным параметром является собственная емкость диода.

По некоторым свойствам полупроводниковые диоды ока­ зываются несколько хуже вакуумных. Так, если в вакуум­ ном диоде обратный ток всегда равен нулю, то в полупровод­ никовом он нулю не равен, а при высоких температурах достигает значительной величины. Полупроводниковые дио­ ды не выдерживают даже кратковременных и небольших перегрузок. Обратное напряжение полупроводниковых дио­ дов относительно мало и обычно не превышает нескольких сотен вольт. Обратное напряжение лампового диода мо­ жет быть очень большим (единицы и даже десятки кило­ вольт). Однако полупроводниковые диоды имеют и преи- •мущества, которыми они выгодно отличаются от вакуумных диодов. К ним относятся: малые габариты и вес, большой срок службы, отсутствие подогрева катода, меньшие потери мощности в самом диоде и др. Благодаря этим качествам полупроводниковые диоды получили самое широкое рас­ пространение. Особенно большое распространение в пос­ леднее время получили кремниевые диоды, которые имеют по сравнению с германиевыми ряд преимуществ: большую плотность тока, большее допустимое обратное напряжение, способность нормально работать в более широком интер­ вале температур (— 60° + 150°).

Устройство и принцип действия транзисторов

В отличие от полупроводникового диода, имеющего две области проводимости и один р-п-переход, транзистор (полупроводниковый триод) имеет три области проводимос­ ти и два р-д-перехода. В соответствии с порядком чередова­ ния областей с различной проводимостью различают тран­ зисторы типа р-п-р и п-р-п.

Рассмотрим принцип действия транзистора структу­ ры р-п-р (рис. 59). Как видно из рисунка, крайние области

кристалла имеют проводимость типа р, а средняя — про­ водимость типа п. Напряжение источника Еб включено по

тактного электрического поля оказывается ослабленным.

потенциальный барьер, под действием внешнего электриче­ ского поля начинают переходить в среднюю область кристал-

1' | ь \i\t

Рис. 59, Распределение токов в транзисторе типа р-п-р

ла. Дырки эмитируются (впрыскиваются) из левой области в среднюю, и поэтому левая область кристалла получила название э м и т т е р а . Средней области присвоено назва­ ние баз ы. Р-п-переход, разделяющий эмиттер и базу, на­ зывают обычно э м и т т е р н ы м п е р е х о д о м . Поток дырок, поступающий в базу из эмиттера, создает э м и т ­ т е р н ы й т о к транзистора.

Попадая в базу, дырки образуют объемный заряд поло­ жительного знака, для компенсации которого от отрицатель­ ного зажима источника Еб в базу приходит нужное коли­ чество электронов. В прилегающей к эмиттерному перехо­ ду части базы образуется область повышенной концентрации дырок и электронов, в то время как в правой части базового слоя эта концентрация значительно меньше. Из-за разли­ чия в концентрации происходит диффузионное движение эле­ ктронов и дырок по направлению к правой Р-области крис­

100

талла, причем в этом движении участвуют не все дырки, так как часть их успевает рекомбинировать с электронами, образуя нейтральные атомы. Электроны, пришедшие в базу от источника Еб и успевшие рекомбинировать с дырками, образуют б а з о в ы й т о к транзистора. Для того чтобы уменьшить величину этого тока, толщину базового слоя де­ лают очень малой (десятки и даже единицы микрон). В та­ ком случае время «жизни» дырок становится больше времени пребывания их в базе и рекомбинировать с электронами успевает лишь небольшая их часть — примерно 3—5 %. Ос­ тальные дырки в количестве, равном 95—98% от их общего числа, двигаются далее. С ними двигаются и электроны в та­ ком же количестве.

Напряжение источника Ек включено по отношению ко

вой p-области кристалла и являющихся для этой области основными носителями, электрическое поле, созданное на­ пряжением источника Е к, является тормозящим, и поэтому эти дырки в базовую область не проходят. В то же время для дырок, находящихся в области базы, электрическое поле перехода будет ускоряющим, и под его действием дырки втягиваются в правую область кристалла. Эта область как бы собирает носители заряда, пришедшие из базы, и по­ этому получила название к о л л е к т о р а . Правый пере­ ход, разделяющий базу и коллектор, назван к о л л е к т о р ­ н ы м переходом. Дырки, втянутые в область коллектора, движутся по направлению к коллекторному выводу и созда­ ют к о л л е к т о р н ы й т о к транзистора*. Электроны, пришедшие к коллекторному переходу вместе с дырками, не могут пройти в область колллектора, а отталкиваются элект­ рическим полем перехода обратно к базовому выводу. В базовом выводе происходит движение двух электронных потоков: одного — в направлении от базового вывода к эмиттерному переходу транзистора и другого — в обратном направлении — от коллекторного перехода в базовый вы­ вод. Их разность и составляет базовый ток транзистора, который представляет собой ток, обусловленный процессом рекомбинации.

* Следует отметить, что говорить о перемещении дырок можно, лишь имея в виду кристалл полупроводника. Во всех соединитель­ ных проводниках и через источники э. д. с. движутся электроны, которые являются истинными носителями зарядов.

101

Таким образом, при подключении к транзистору внеш­ них напряжений в нем протекают три основных тока: э м и т- т е р н ы й , б а з о в ы й и к о л л е к т о р н ы й . Для любого транзистора, для любого режима его работы эти токи всегда находятся в следующем соотношении:

Если увеличить напряжение источника £ б (базовый источ­ ник), то действие внутреннего контактного электрического поля в эмиттерном переходе будет еще более ослаблено, потенциальный барьер еще больше снизится и через пере-

Рис. 60. Подача напряжения смещения на транзисторы типов р-п-р и п-р-п

ход в область базы пройдет большее количество дырок. При этом увеличится число дырок, достигших коллекторного перехода и, несмотря на то, что напряжение источника Е к (коллекторный источник) осталось неизменным, коллектор­ ный ток транзистора также увеличится. При уменьшении напряжения базового источника происходят обратные явле­ ния, и коллекторный ток транзистора уменьшается. Одно­ временно с этим происходят соответствующие изменения тока базы, причем соотношение (53) оказывается справед­ ливым и для изменения токов.

Таким образом, при изменении величины эмиттерного тока транзистора его коллекторный ток также изменяется практически на ту же величину (током базы можно пренеб­ речь). Эмиттерный ток как бы у п р а в л я е т величиной коллекторного тока, и поэтому транзистор правильнее считать прибором, управляемым по току, в отличие от лам­ пы, которая управляется напряжением.

На рис. 60,а приведена принципиальная схема включе­ ния транзистора типа р-п-р. В условном обозначении тран­

102