Главная Промышленная автоматика.



л. - По правде говоря, триумф твой весьма скромен. Я рискую обдать твой юношеский энтузиазм холодным душем: я должен сказать, что аналогия лампа-транзистор хоть и облегчает понимание некоторых явлений, но имеет свои ограничения, о которых ие следует забывать.

Н. - Я не вижу существенной разницы.

Л.Для начала имеется одна, и весьма существенная- наличие тока базы. Вспомни, как при использовании ламп мы тщательно стараемся предотвратить возникновение сеточного тока.

Н. - Правильно. Мы 1юдаем на сетку отрицательное смещение, чтобы помешать ей становиться положительной при пиках положительных значений сигнала, что сделало бы ее конкуренткой анода и она стала бы захватывать электроны.

Л. - Поэтому входной сигнал у лампы представляет собой напряжение, которое практически не создает никакого тока, а следовательно, здесь нет и расхода мощности В транзисторе же напряжение входного сигнала вызывает соответствующий ток, а значит, надо говорить и о затрате мощности.

Н. -Должен ли я сделать из этого вывод, что у транзистора промежуток эмиттер-база имеет входное сопротивление и, вероятно, малое?

Л. - Разумеется. Его величина составляет всего каких-нибудь несколько сотен ом, тогда как сопротивление между катодом и сеткой вакуумной лампы практически бесконечно большое. У мощных же транзисторов это сопротивление составляет несколько ом или десятков ом. А вот выходное сопротивление транзистора, напротив, довольно высокое и может достигать нескольких десятков тысяч ом.

Н. - Ясно. Ведь к переходу эмиттер-база напряжение прикладывается в прямом направлении, что снижает сопротивление, а к переходу база - коллектор - в обратном направлении, что должно сделать его сопротивление весьма высоким. Любопытно, что выходное сопротивление у транзистора получается того же порядка, что у электронных ламп.

Л. - Как видишь, Незнайкин, не следует без особой необходимости и не сделав соответствующих оюворок прибегать к аналогии лампа- транзистор. А так как мы приступили к основному вопросу - о входном и выходном сопротивлениях, ты легко поймешь, как происходит в транзисторе усиление по напряжению.

Усиление по напряжению

Н. - я предполагаю, что небольшое переменное напряжение, приложенное между базой и эмиттером, определяет, как мы уже говорили, изменение тока базы. ч<

Л. - И эти изменения будут тем больше, чем меньше входное сопротивление (если источник напряжения сам имеет малое внутреннее сопротивление).

Н. - Это я понимаю, так как в голове у меня постоянно сидит закон Ома, по которому ток будет тем больше, чем меньше сопротивление.

Л.- Однако ток коллектора изменяется пропорционально току базы. Следовательно, он тоже будет претерпевать значительные изменения. Но поскольку выходное сопротивление транзистора велико, мы без осложнений можем пропускать ток коллектора через большое сопротивление нагрузки...

Сопротивления, о которых говорит Любознайкнн, рассчитываются путем деления малых изменений напряжений на вызываемые н-йн изменения тока. Следовательно, входное сопротивление

где Uq- малое изменение напряжения между эмиттером и базой, а i/g- возникающее в результате этого изменение тока базы

Точно так же выходное сопротивление

вых~" д/

где 4J/jj - изменение напряжения, приложенного между коллектором и э.миттером, а соответств!ющее изменение тока коллектора.



Н. - ...на котором мы выделим значительно усиленные переменные напряжения. Если память мне не изменяет, у электронных ламп отношение изменения анодного тока к вызвавшему его изменению напряжения на сетке называется крутизной. Можно ли в царстве транзисторов применять это же понятие? В этом случае крутизной было бы отношение изменения тока коллектора к изменению напряжения базы.

Эмиттер База Капле и тор

Входное [pJ напряжение


Рис. 27. Лва источника напряжения (для цепи базы и для цепи коллектора) могут быть заменены одним источником с отводом (вместо отвода от батареи можно применить делитель напря-ВЫХОдное жения из двух сопротивлений). На на-Налаямвни рисунке показано также место включения сопротивления нагрузки

на котором выделяется усиленное вы-

ходное напряжение.


Л. - Да, Незнайкин. Часто говорят о крутизне транзистора, и мы еще будем иметь случай более детально рассмотреть это понятие. Уже сейчас я могу сказать тебе, что крутизной 30 ш1в (при питании цепи коллектора током в 1 т) никого не удивишь.

Н. - Но это здорово! С такой крутизной, очевидно, можно получать колоссальные усиления.

Л. - Увы! Нет. Как ты вскоре увидишь, низкое входное сопротивление лишает нас части преимуществ этой высокой крутизны. Кроме того, ты понимаешь, что необходимо ограничивать амплитуду усиливаемых переменных напряжений.

Н. - В электронных лампах следует избегать, чтобы сетка стала положительной. Здесь же, как я думаю, нужно избегать обратного явления, чтобы пики отрицательных полупериодов не сделали эмиттер положительным по отношению к базе, т. е. не заперли бы эмиттерный переход.

Л. - Правильно. А кроме того, не следует также допускать, чтобы положительный пик на базе вызвал столь большое увеличение тока коллектора, что величина последнего ограничится падением на сопротивлении : £ j нагрузки всего напряжения батареи £к-э.

Н. -А нельзя ли для устранения этих опасностей повысить напряжения обеих батарей?

Л. - В некоторых случаях это может привести к неприятностям, так как для каждого типа транзистора существуют максимально допустимые значения постоянных напряжений, которые нельзя превышать. Однако тут же я хочу сказать тебе, что оба источника напряжения с выгодой для дела можно соединить последовательно, потому что нужно подать на коллектор напряжение еще более положительное, чем напряжение базы по отношению к напряжению эмиттера (рис. 27).

Н. - Я уже вижу, как батарея £э-б подсаживает батарею £к-з.

Л. - В действительности обходятся вовсе без первой батареи, а смещение на базе получают автоматически с помощью сопротивлений, присоединенных к источнику £к-э, и сопротивления, введенного в цепь эмиттера.

Н. - Это так, как делают в ламповых схемах, где по сопротивлению сеточного смещения проходит анодный ток?

Л.- Почти. Но подробнее этот вопрос мы рассмотрим дальше. А пока в качестве упражнения я прощу тебя продумать к нашей следующей встрече, каким образом ведет себя другой (и надо сказать, значительно более распространенный) тип транзистора, а именно транзистор структуры р-п-р.

Н. - Сколько бессонных ночей ждет меня!


1»1Н

Все эти рассуждения касаются транзистора структуры п-р-п. Для транзисторов структуры р-п-р полярности всех напряжений обратные. Прим. ред.



БЕСЕДА ЧЕТВЕРТАЯ

Во время трех первых бесед Любозиайкин и Незнайкин рассмотрели физические основы транзисторов. Для этого они изучили внутреннюю структуру отдельно взятого атома, а затем поведение атомов в кристаллической решетке. Наши друзья увидели, какие нарушения в коллективе атомов вызывает введение примесей. И. наконец, комбинируя области полупроводникового материала с противоположными типами проводимости, наши друзья получали диоды и транзисторы.

Для лучшего усвоения всего этого полезно подробнее рассмотреть некоторые детали уже затронутых раньше вопросов. Это и явится предметом данной беседы.

Содержание: Движение зарядов. Основные носители. Принцип работы транзистора структуры, р-п-р. Интерметаллические соединения. Обозначение выводов. Условные обозначения транзистора. Краткое изложение основных понятий.

ФИЗИКА ТРАНЗИСТОРОВ ♦♦♦♦♦♦


Четыре типа заряженных частиц

Незнайкин. - Твои полупроводники, Любозиайкин, заставили меня провести не одну бессонную ночь. Это увлекательно..., но дьявольски сложно!

Ili Любознайкии - Должен ли я прописать тебе снотворное, или ты предпочитаешь, чтобы я осветил те вопросы, которые кажутся тебе непо- >о5>уЛ мятными?

л ХулГ Н. - я предпочел бы получить ответы на мучающие меня вопросы. \ da** Видишь ли, характер некоторых явлений мне трудно понять из-за наличия в полупроводниках четырех типов заряженных частиц:

1); ионизированных атомов доноров, которые, потеряв пятый электрон со своей внешней оболочки, стали положительными;

2) освобожденных таким образом электронов, имеющих отрицательный заряд;

3) ионизированных атомов акцепторов, которые, захватив электрон у соседнего атома, чтобы довести количество электронов на своей внешней оболочке до четырех, стали отрицательными;

4) и, наконец, дырок, появившихся в резу-пьтате таких захватов и представляющих собой недостаток электрона, а потому имеющих положительный заряд.

Л. - Ты хорошо изложил положение, существующее в полупроводнике. Что же тебя беспокоит?

Н. - Вопрос движения зарядов. Ты сказал мне, что в полупроводнике электрический ток создается одновременно потоком электронов, идущих от отрицательного полюса к положительному, и перемещением дырок, двигающихся в обратном направлении от положительного полюса к отрицательному. Этим полупроводники отличаются от металлов, в которых электропроводность создается только движением электронов.

Л. - Совершенно верно. К этому следует еще добавить, что и движение дырок в конечном счете обусловливается перемещением электронов.

И. - Но я ие понимаю, почему ионизированные атомы, как доноры, так и акцепторы, сами не участвуют в движении электрических зарядов.

Л. - Я вижу, что тебя мучает, и ты бесспорно прав, задав этот вопрос. Однако это довольно просто; ионы не могут перемещаться, потому что они входят в состав кристаллической решетки и прочно привязаны к своим местам. До тех пор, пока тело остается твердым, его атомы остаются пленниками невидимых связей, которые удерживают их на месте. В жидкостях, в отличие от твердых тел, ионизированные атомы свободно перемещаются и при приложении внешнего напряжения создают ионную






0 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

0.0038