Транзистор. 
Полупроводниковые приборы и их применение

Свойство односторонней проводимости n? p?перехода в полупроводниках может быть использовано для усиления и генерации электрических колебаний, для чего применяются полупроводниковые триоды или транзисторы.

Для изготовления транзистора из монокристалла германия с электронной проводимостью в него с двух противоположных сторон вводится примесь атомов индия. Две области монокристалла германия с примесью индия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью, а на границе соприкосновения их с основным кристаллом возникают два n? p?перехода.

Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного Эмиттер База Коллектор базе типа, называются коллектором и эмиттером, это показано на рисунке 20.

Транзисторы, в которых эмиттер и коллектор обладают дырочной проводимостью, а база — электронной, называются транзисторами p? n?p?перехода.

Транзисторы p? n?p?перехода имеют аналогичное устройство, только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер? электронной.

(рис. 21).

Условное обозначение транзистора на схемах представлено на рисунке 21, а, б.

Таким образом, в транзисторе появляются два n? p?перехода, прямые направления которых противоположны. Три вывода от областей с различными типами проводимости позволяют включить его в цепь, схема которой изображена на рисунке 22. В соответствии с технологией производства концентрация атомов примеси (а значит, и концентрация основных носителей тока) у эмиттера и коллектора должна быть различной.

Область с самой высокой концентрацией носителей тока (в нашем слчае дырок) называется эмиттером, область с меньшей концентрацией носителей тока (тоже дырок в нашем случае)? коллектором? средняя часть (с проводимостью n? типа)? базой. Толщина базы составляет 10?50 мкм, а концентрация носителей тока в базе во много раз меньше, чем в коллекторе.

При данном включении левый p? n?переход является прямым и отделяет базу от области с проводимостью p? типа, называемой эмиттером. Если бы не было правого n? p?перехода, в цепи «эмиттер? база» существовал бы ток, зависящий от напряжения источников (батареи Б и источника тока переменного напряжения) и сопротивления цепи, включая малое сопротивление прямого перехода «эмиттер? база» .

(рис. 22).

Батарея Б включена так, что правый p? n?переход в схеме (рис. 22) является обратным. Он отделяет базу от правой области с проводимостью p? типа, называемой коллектором. Если бы не было левого p? n?перехода, сила тока в цепи коллектора была бы близка к нулю, так как сопротивление обратного перехода очень велико. При существовании же тока в левом p? n?переходе появляется ток и в цепи коллектора, причем сила тока в коллекторе лишь немного меньше силы тока в эмиттере. Это можно объяснить тем, что при создании напряжения между эмиттером и базой основные носители полупроводника p? типа? дырки? проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями. Поскольку толщина базы очень мала и число основных носителей (электронов) в ней не велико, попавшие в нее дырки почти не рекомбинируют с электронами базы и проникают в коллектор за счет диффузии. Правый p? n?переход закрыт для основных носителей заряда базы? электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной (по рис. 22) плоскости много меньше площади сечения в вертикальной плоскости.

Сила тока в коллекторе, практически равная силе тока в эмиттере, изменяется вместе с током в эмиттере. Сопротивление резистора R мало влияет на ток в цепи коллектора, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Управляя током эмиттера с помощью источника тока переменного напряжения, включенного в его цепь, мы получим синхронное изменение напряжения на резисторе R. При большом сопротивлении резистора изменение напряжения на нем может в десятки тысяч раз превышать изменение напряжения сигнала в цепи эмиттера. Это означает усиление напряжения. Одновременно и мощность, выделяющаяся на нагрузке R, будет значительно превышать мощность, расходуемую в цепи эмиттера. Происходит усиление мощности. Транзисторы получили широкое применение в технике.