![]() |
|
Главная Промышленная автоматика. БЕСЕДА ПЕРВАЯ ♦♦♦♦фффф»»»» Невозможно понять работу транзисторов, не углубив предварительно некоторых познаний в физике и химии относительно строения атома и соединений атомов. К этому и стремятся наши друзья в своей первой беседе. Содержание: Полупроводники. Принципы работы и преимущества транзистора. Влияние температуры на транзисторы. Пределы по частоте и по мощности. Молекулы. Атомы. Протоны, нейтроны и электроны. Распределение электронов по оболочкам. Ионизация. Валентное число. Кристаллическая решетка. ЖИЗНЬ АТОМОВ Незнайкип - жертва транзисторных приемников Любозиайкин. - Рад видеть тебя, дорогой друг. Хорошо ли ты провел отпуск? Незнайкии. - Увы, нет. Л. - Погода была неблагосклонна, облачное небо или море разбушевалось? Н. - Совсем нет, в этом отношении мне повезло - погода была идеальная. Но на пляже ие было никакой возможности отдохнуть, так как повсюду отдыхающие гремели своими транзисторными приемниками. Перекличка безголосых певичек и мотивы диких танцев подвергли мои нервы жестокому испытанию. А в довершение этих невзгод я, желая понять, как эти транзисторные приемники могут наделать столько шума, попытался читать книги, которые должны были открыть мне глаза на теорию и вопросы применения... и ничего в них не понял! Л.--Я понимаю твое огорчение от этой неудачи. Но пусть твое самолюбие не страдает: поверь мне, транзисторы не такая простая штука! Открывая Международный конгресс по транзисторам, который в мае 1959 г. состоялся в Лондоне, лорд Хейлшем сказал: «Я думаю, что даже в наиболее развитых в промышленном отношении странах один из десяти тысяч человек не сможет объяснить, что такое транзистор или даже что такое полупроводник». Н. - Это меня утешает, и тем более, что, как мне кажется, я могу сказать, что такое полупроводник. Л. - Незнайкин, браво! Ну, выкладывай свои знания. Трехлапое создание Н. - Ну, начнем хотя бы с того, что полупроводник должен иметь сопротивление, во много раз большее, чем у проводников, но и значительно меньшее, чем у изоляторов. Л. - Правильно, но это слишком общее определение. Чтобы быть более точными, скажем, что у такого полупроводника, как германий (который в основном используется для производства транзисторов), удельное сопротивление в 30 миллионов раз больше, чем у меди, и в миллион миллионов раз меньше, чем у стекла (рис. 1). Н. - Одним словом, в таблице удельных сопротивлений он стоит ближе к проводникам, чем к изоляторам? Л. - Да, и именно потому, что германий в некоторой мере проводит ток, из него можно делать «трехлапые создания». Н. - Кого ты так называешь? Л. - Такое название можно дать транзисторам (или полупроводниковым триодам), так как они имеют три проволочных вывода. Н. - Если я правильно понял, транзистор заменяет электронную лампу. Может ли он выполнять все ее функции и какие преимущества по сравнению с лампой он имеет? ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() > Изоляторы удельное сопротивление. I ООО ООО ООО ООО ООО ООО Нвари, W ООО ООО ООО ООО ООО Слюда ЮО ООО ООО ООО ООО Парафин Полистирол ! ООО ООО ООО ООО Каучук Полиэтилен Ю ООО ООО ООО бумага ЮО ООО ООО ""• / ООО ООО 10 ООО ,0!<исьА<еди 100 * сеЛ" - I о"* О, О/ ее? 0,0001 -~ ТГомсптантан N " 0.000 001 1 соеепо ° / "РвЗ" ![]() Рис. 1. Распределение важнейших проводниковых, полупроводниятеых и изоляционных материалов в зависимости от их удельного сопротивления. Здесь видно, что удельное со-прот*вление полупроводников изменяется в очень широких пределах и что они занимают довольно широкую область. Л.- Ну вот, на меня и обрушился поток вопросов!.. Да, мой дорогой Незнайкин, транзистор, как и электронная лампа, может усиливать и детектировать сигналы; он также способен генерировать электрические колебания; его можно использовать в качестве преобразователя частоты н во всех других случаях, где до сих пор применялись вакуумные электронные лампы. Что же касается преимуществ, то у транзисторов их много. Начнем хотя бы с отсутствия накала. Н. - Это чудесно! Значит, не нужно больше специального источника для питания накала? Л. - Нет, не нужно, и поэтому транзисторы начинают работать н е медленно, как только на них подадут напряжение, тогда как для ламп на подогрев уходит несколько десятков секунд, пока их катоды не достигнут температуры, необходимой для нормальной эмиссии электронов Н. - Я думаю, что отсутствие накала должно также повысить коэф фициеит полезного действия, так как при использовании лалш значительная часть энергии источника питания теряется в виде теплоты Л. - Совершенно верно. Транзистору чуждо характерное для всех радиоламп разбазаривание ваттов, которые бесполезно уходят в калории Там, где электронная лампа обычно потребляет 2 и**3 вт, транзистор удовлетворяется десятками милливатт, т. е мощностью в сотню раз меньшей. А вместо 200 в, необходимых для приемно-усилительных ламп, транзистору вполне достаточно напряжения до 10 в. Н. - Значит, одна или две обычные батарейки для карманного фонаря вполне удовлетворяют скромный аппетит приемника на транзисторах? Л. - Да, именно так питаются портативные приемники, которые отравляли твое существование на пляже. Н. - Можно ли также думать, что транзисторы прочнее и более долговечны, чем электронные лампы, раз у иих нет ни обрывающейся нити накала, ни катода, теряющего в конце концов свою эмиссию? Л. - Правильно, транзистор отличается прочностью (ведь это кусочек германиевого или кремниевого кристалла, снабженный тремя выводами и помещенный в корпус), малым весом и миниатюрностью. Н. -Чудесно! Одни преимущества и нет недостатков! Оборотная сторона медали л. - Вот опасность поспешных выводов! К сожалению, транзистор имеет и недостатки При температуре выше 55° С его к. п. д. довольно быстро падает; а если температуру поднять выше 85°, то и после о.чла- • ждения ои потеряет свои первоначальные качества. Это верно по крайней мере для германиевых транзисторов. Кремниевые транзисторы свободно выдерживают значительно более высокие температуры, их не испугаешь температурой и в 150° С. Дело в том, что в кремнии, как ты увидишь потом, электроны поверхностной оболочки сильнее связаны с ядром атома. Н. - Я обещаю тебе никогда не прикасаться своим паяльником к транзистору. Л. - И хорошо сделаешь. Впрочем, чтобы припаять выводы транзистора, необходимо перехватить калории, выделяемые наконечником паяльника, и не дать им достичь активного элемента транзистора. Н. - А как это сделать? Л. - Очень просто: надо зажать плоскогубцами часть проволочного вывода между транзистором и местом пайки... Кроме того, выводы транзисторов обычно дйЧются из проволоки, плохо проводящей тепло (ио, к счастью, хорошо проводящей ток!). Н. -Можно ли в чем-нибудь еще упрекнуть транзистор? Л. - К несчастью, да. Его возможности ограничены по частоте и по мощности. Он не может работать на частотах, превышающих несколько сотен мегагерц... Н. - Но это не так уж плохо, если вспомнить, что мегагерц - это миллион периодов в секунду. Л.- Он также не может работать при больших мощностях, так как в этом случае теплота, выделяемая в транзисторе, резко ухудшает его отдачу. Н. - Не думаешь ли ты, что эти недостатки исключают возможность широкого применения транзисторов? Л. - Конечно, нет. С тех пор как транзистор был изобретен в 1948 г. тремя американскими физиками - Бардиным, Брэттейном и Шокли, которые получили за это изобретение Нобелевскую премию, он непрерывно совершенствовался. Уже сейчас транзистор в большинстве случаев может успешно заменить электронную лампу. Но тем не менее я не думаю, что когда-нибудь придет такой день, когда можно будет полностью отказаться от применения электронных ламп. ![]() ![]() Возвращение к истокам Н. -Теперь, когда меня больше не осаждает нестройный ансамбль лортатиБных приемников с пляжа, я больше, чем когда бы то ни было, чочу понять, как работают транзисторы и каким образом их можно использовать. Л. - Любопытная вещь: насколько просты наиболее распространенные транзисторные схемы, настолько сложны явления, происходящие в этих крохотных полупроводниковых триодах. Н. - Раз ты говоришь о триоде, то я подозреваю, что в транзисторе имеются катод, сетк и анод. Л. - Действительно, там различают области, которые в известной мере играют роль, аналогичную электродам вакуумного триода: эмиссия потока электронов, регулировка его плотности и его собирание. И если ты желаешь, я могу кратко рассказать о применении транзисторов, не анализируя принципа их работы. Согласен? Н. - Нет, я предпочитаю разобраться, что там в действительности происходит. Ты приучил меня рассуждать и анализировать механизм изучаемых явлений. Сохраним же эту традицию. ![]() О молекулах и атомах Л. - Ты прав. Но в этом случае мы должны начать с начала, т. е. со строения материи. Н. - Мне кажется, что это... материя, которую мы давно знаем Са- Л мая маленькая частица вещества, сохраняющая все его химические свой- ства, называется молекулой - так сказано в моем учебнике физики.i Некоторые мощные транзисторы выдерживают температуру, близкую к 100° С \ Это достигается введением в полупроводниковый материал относительно высоких доз . примесей. ![]() 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 0.0031 |