Главная Промышленная автоматика.

проводимость, называемую явлением электролиза, о котором тебе, бесспорно, говорили в школе на уроках физики.

н. - Прекрасно, сказанное тобой доставляет мне удовольствие. Отныне в своих рассуждениях я буду вправе не принимать в расчет ионизированные атомы и заниматься только электронами и дырками.

Л.- Это вполне законно, и я добавлю, что мы должны быть счастливы, что ионы в полупроводниках не перемещаются. В противном случае проводимость различных областей транзистора с течением времени могла бы изменяться, что сократило бы продолжительность его службы. Что касается электронов, то они непрерывно обновляются, потому что источ-,чик напряжения инъекцирует их с одной стороны и отбирает с другой, что порождает новые дырки. Это означает, что мы не обнаружили никаких обстоятельств, ограничивающих срок службы транзисторов.


Эйнштейн был прав

н.-Чудесно, но поговорим еще об электронах и дырках. Я хотел бы знать, как они сосуществуют, не нейтрализуя друг друга. Ведь разноименные заряды взаимно притягиваются.

Л.- Подумай, Незнайкин, о колоссальных расстояниях (разумеется, в атомных масштабах), которые разделяют большинство этих частиц. Электрону удается пробежать путь, во много сотен раз превышающий расстояние между атомами. В человеческих масштабах в среднем это всего лишь десять тысячных миллиметра, но для электрона это космические расстояния. Ты понимаешь, что в этих условиях он не имеет чрезмерных шансов встретить дырку, и в действительности электроны и дырки всегда сосуществуют.

н. - Да, ты мне объяснил, что даже при нормальной температуре имеется известное тепловое движение, отрывающее электроны у многих атомов, чтобы бросить их в межатомное пространство.

Л. - В кубическом сантиметре «чистого» германия при обычной температуре имеется около двадцати пяти тысяч миллиардов свободных электронов и, естественно, столько же дырок, так как место, оставленное электроном, не что иное, как дырка. Эти пары носителей зарядов после определенной продолжительности жизни рекомбинируют, но все время создаются и новые пары. Так что в кристалле удерживается статистическое равновесие процессов генерации и рекомбинации пар электрон-дырка.

н. - А если германий не «чистый»? Если мы, например, введем в него примеси типа п>

Л. - В этом случае свободных электронов будет больше, чем дырок. Поэтому в материале типа п электроны называются основными носителями зарядов.

н. - Я догадываюсь, что в полупроводнике типа р более многочисленны дырки, и потому здесь они должны считаться основными носителями... Эйнштейн решительно был прав: все относительно.

U...[


Транзистор структуры р-п-р

Л. -Теперь, когда я удовлетворил твое любопытство, не можешь ли ты в свою очередь ответить мне на вопрос, который я задал в конце нашей прошлой беседы: как работает транзистор структуры р-п-р (рис. 28)?

н. - Я думал об этом, и мне кажется, что я могу тебе ответить. В таком транзисторе в отличие от транзистора структуры п-р-п коллектор нужно сделать отрицательным по отношению к эмиттеру. Я должен тебе признаться, что это мне очень неприятно.

Л. - Почему же?

н. - Потому что я всегда стремлюсь сравнивать транзистор с электронной лампой, и идея сделать анод отрицательным по отношению к катоду (ведь именно их роль выполняют соответственно коллектор и эмиттер) меня несколько разочаровывает. Тот же факт, что база должна быть отрицательной по отношению к эмиттеру, радует мое сердце, так как я думаю, разумеется, о сетке.

Л. - Незнайкин, остерегайся таких сопоставлений, я уже говорил тебе об этом.





Н. - Как бы там ни было, но при таком распределении напряжений - переход эмиттер-база питается в проводящем направлении. Это значит, что отталкиваемые положительным полюсом источника питания дырки эмиттера неудержимо устремляются через р-п переход в базу. Благодаря малой толщине базы большинство дырок успеет проскочить через нее и S проникнет в коллектор, не прореагировав на слабое притяжение отрицательного полюса батареи Ев-з-

Эмиттер


База

Коллектор

®0®

А О

А ®

Рис. 28, Распределение носителей эарядоп (электронов и дырок) и ионизнрованны.х атомов в транзисторе структуры р-п-р до включения напряжений питания. На рисунке видны по1енциа.№иые барьеры, образованные ионами с разноименными зарядами.


л. - Это совершенно верно. Однако что происходит с теми немногочисленными дырками, которые, как, ты говоришь, прореагируют иа притяжение отрицательного полюса батареи £б-.э (рис. 29)?

Н. - Они нейтрализуются в результате рекомбинации с поступившими от этого полюса электронами. Таким образом они создают небольшой ток /б, протекающий от базы к эмиттеру (в электронном смысле, конечно).

л. - А какова судьба большинства дырок, которые достигли коллектора?

Н. - Там происходит то же самое явление: дырки нейтрализуются электронами, поступающими из отрицательного полюса батареи £к э И каждый раз, когда электрон проникает из батареи в коллектор, чтобы

Змиттер база /<олле/<тор


Рис, 29. Движение носителей зарядов в работаюшем р-ПР транзисторе. Для большей ясности ионы на этом рисунке не показаны.


нейтрализовать дырку, другой электрон покидает один из атомов эмиттера и поглощается положительным полюсом этой батареи; само собой разумеется, что, покидая свой атом, данный электрон порождает в эмиттере новую дырку. Ток поддерживается движением дырок от эмиттера к коллектору и электронов в обратном наиравлении. Разве не так?

Л.- Я восхищен, как здорово разобрался ты в работе транзистора. Действительно, все происходит так, как если бы армия штурмовала крепость. Атакующие достигают вершины стены и в неудержимом порыве врываются в город, прорываясь через ряды пытающихся их сдержать защитников.

Н. - Твоя аналогия, где креиостная стена представляет базу, а го> род - коллектор, была бы более убедительной, если бы осажденный гар низон предпринимал контратаку, символизирующую движение электро нов навстречу атакующим дыркам, вооруженным неотразимым.. поло жительным зарядом. Да, кстати, с одинаковой ли скоростью движутс: электроны и дыркн?



Несколько футуристических комбинаций

л. -Нет, Незнайкин. В чистом германии под воздействием электрического поля величиной в один вольт на сантиметр электроны пробегают около сорока метров в секунду, тогда как дырки перемещаются вдвое медленнее. В кремнии при этих же условиях у электронов скорость порядка двенадцати метров в секунду, а скорость дырок составляет всего лишь два с половиной метра в секунду. А в некоторых интерметаллических соединениях скорость электронов достигает более полукилометра в секунду.

Н. - Что это за интерметаллические соединения, которые ты неожиданно суешь мне под нос?

Л. - Это полупров(?дники, представляющие собой комбинацию трехвалентных и пятивалентных элементов...

Н. - ...комбинацию, дающую в среднем валентное число четыре, т. е. такое же, как у германия и кремния. Можешь ли ты назвать мне некоторые такие комбинации?

Л. - Пожалуйста. Из комбинации пятивалентной сурьмы и трехвалентного галлия, например, можно получить транзисторы. Трехвалентный индий в комбинации с пятивалентным фосфором дает полупроводниковый материал, используемый для производства некоторых диодов. Удалось даже использовать соединение кадмия (валентное число - два) с селеном (валентное число - шесть) для изготовления фотоэлементов. Область интерметаллических полупроводниковых материалов, являясь предметом активных исследований, открывает интересные перспективы будущего...

Н. - Дорогой друг, давай вернемся к нашим овцам... на\ трех ногах. Я хотел бы знать, чем различаются эмиттер и коллектор. В транзисторе р-п-р оба они типа р (так же как в транзисторе п-р-п они оба типа п). Не свидетельствует ли это об их взаимозаменяемости?

Л. - Нет, дорогой друг. И ты сам легко поймешь, почему. Если ток, идущий от эмиттера к базе, а затем к коллектору, имеет примерно одну и ту же величину, то этого нельзя сказать о напряжениях. Между базой и эмиттером напряжение невелико, а между коллектором и базой оно значительно выше.

Н. - Я понял. Так как произведение тока на напряжение дает мощность, то мощность, рассеиваемая со стороны коллектора, во много раз больше той, которая рассеивается между эмиттером и базой.

Л.- Ты тысячу раз прав. Вот почему коллектор должен легче отводить выделяющееся там тепло. У него ббльшая, чем у эмиттера, площадь. А в мощных транзисторах коллектор припаян к металлическому корпусу, что облегчает излучение тепла и передачу его иа шасси благодаря теплопроводности корпуса. >

О выводах и условных обозначениях

Н. - Теперь я понимаю, чем различаются электроды транзистора, но как их узнают? Как определить, какой вывод транзистора соединен с эмиттером, а какой соответствует базе или коллектору?

Л. - Опознаются они очень просто. Обычно три проволочных вывода расположены в линию (рис. 30), причем средний из них соединен с базой, один из крайних выводов, ближайший к среднему, - с эмиттером, а другой вывод - с коллектором (этот вывод иногда отмечается цветной точкой).

Н. - Это одновременно и просто и логично, как и условное изображение транзистора на твоих рисунках, которое представляет собой разделенный на три зоны-области прямоугольник.

Л. - Увы, Незнайкин, это действительно логичное и соответствую-, щее истинной структуре транзистора условное изображение обычно не ис- пользуется в схемах.

Н. - Досадно. Каково же «официальное» графическое обозначение транзистора?

Л.- Всемирно принятого условного обозначения нет. В разных странах и даже разные авторы в одной стране нередко применяют различные условные обозначения. Большинство же пользуется обозначением в виде




II Н II ьШ

2 Зак. 924





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

0.0035