Транзисторы

June 26, 2010 by admin Комментировать »

clip_image002

Рис. 6.2. Л/-р-п-транзистор: а — рабочие полярности напряжений и направления токов в п-р-п-транзисторе (к — коллектор, б — база, э — эмиттер); б — условное представление транзистора как элемента, состоящего из двух диодов

Физически биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, разделенных двумя /2-«-переходами. Поэтому можно себе представить, что он состоит как бы из двух диодов, один из слоев у которых общий, и это пред­ставление весьма близко к действительности! Скомбинировать два диода можно, сложив их либо анодами, либо катодами, соответственно, различают П’р-П’ и /?-«-/?-транзисторы. Различаются эти разновидности только полярно­стями соответствующих напряжений, поэтому, чтобы заменить п-р-п- на ана­логичный /7-«-/7-транзистор, надо просто поменять знаки напряжений во всей схеме на противоположные (все полярные компоненты, — диоды, электро­литы — естественно, тоже надо перевернуть). М-р-п-типов транзисторов вы­пускается гораздо больше, и употребляются они чаще, поэтому мы пока что будем вести речь исключительно о них, но помнить, что все сказанное спра­ведливо и для р-п-р, с учетом обратной их полярности. Правильные полярно­сти и направления токов для «-p-w-транзистора показаны на рис. 6.2.

clip_image004

Рис. 6.3. Первый транзистор (Фото Lucent Technologies Inc./Bell Labs)

Заметки на полях

Первый в истории транзистор (рис. 6.3) был построен в знаменитых Лабора­ториях Белла (Bell Labs) Дж. Бардиным и У. Браттейном по идеям Уильяма

Брэдфорда Шокли, 1947 год. Кроме изобретения транзистора, У. Шокли извес­тен так же как основатель знаменитой Кремниевой долины — технополиса в Калифорнии, где сегодня расположено большинство инновационных полупро­водниковых и компьютерных фирм. Из фирмы Шокли, под названием Shockley Semiconductor Labs, вышли, в частности, Гордон Мур и Роберт Нойс— буду­щие основатели крупнейшего ныне производителя микропроцессоров фирмы Intel. Г. Мур еще известен как автор знаменитого «закона Мура», а Р. Нойс — как изобретатель микросхемы (совместно с Д. Килби — подробнее об этом на­писано в главе tt).

Три вывода биполярного транзистора носят названия коллектор, эмиттер и база. Как ясно из рис. 6.2, б, база присоединена к среднему из трех полупро­водниковых слоев. Так как согласно показанной на рисунке полярности, по­тенциал базы более положителен, чем у эмиттера, то соответствующий диод всегда открыт для протекания тока. Парой страниц ранее мы убедились, что в этом случае на нем должно создаваться падение напряжения в 0,6 В. Именно так и есть — в рабочем режгше напряжение между эмиттером и базой все­гда составляет 0,6В, причем на базе напряжение Bbiuie, чем на эмиттере (еще раз напомним, что для р-л-р-транзисторов напряжения обратные, хотя их абсолютные величины совпадают). А вот диод между коллектором и ба­зой заперт обратным напряжением. Как же может работать такая структура?

Практически это можно себе представить, как если бы ток, втекающий в ба­зу, управлял бы неким условным резистором, расположенным между коллек­тором и эмиттером (пусть вас не смущает помещенный там диод коллектор-база, через него-то ток все равно не потечет). Если тока базы нет, то есть вы­воды базы и эмиттера закорочены (необязательно, чтобы непосредственно, главное, чтобы напряжение на базе относительно эмиттера было бы близко к нулю), тогда промежуток эмиттер-коллектор представляет собой очень высо­кое сопротивление, и ток через коллектор пренебрежимо мал (сравним с то­ком обратной утечки диода). В таком состоянии транзистор находится в ре­жиме отсечки (транзистор заперт — закрыт).

В противоположном режиме ток базы велик ([/бэ = 0,6—0,7 В, как мы гово­рили ранее), а промежуток эмиттер-коллектор тогда представляет собой очень малое сопротивление. Это режим насыщения, когда транзистор полно­стью открыт. Естественно, в коллекторной цепи должна присутствовать ка­кая-то нагрузка, иначе транзистор в этом режиме может просто сгореть. Ос­таточное напряжение на коллекторе транзистора может при этом составлять всего около 0,3 В. Эти два режима представляют часто встречающийся слу­чай, когда транзистор используется в качестве «ключа» (или, как говорят «работает в ключевом режиме»), то есть используется просто, как обычный выключатель тока.

А в чем смысл такого режима, спросите вы? Такой режим вполне осмыс­лен — ток базы может управлять током коллектора, который на порядок-другой больше — то есть налицо усиление сигнала по току (за счет, естест­венно, энергии источника питания). Насколько велико может быть такое уси­ление? Для режима «ключа» почти для всех обычных типов транзисторов можно смело полагать коэффициент усиления по току (то есть отношение максимально возможного тока коллектора к минимально возможному току базы /к//б) равным 10—30— не ошибетесь. Если ток базы и будет больше нужного — не страшно, он никуда не денется, лишь бы он не превьюил пре­дельно допустимого, а открыться сильнее транзистор все равно не сможет. Коэффициент усиления по току в ключевом режиме еще называют «коэффи­циентом усиления по току в режиме большого сигнала» и обозначают буквой р. Есть особые «дарлингтоновские» транзисторы, для которых Р может со­ставлять до 1000 и более — о них мы расскажем позже.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты