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.