Физика. 10 класс

Промышленное применение транзисторов началось в середине ХХ века, в частности, на телефонных коммутационных станциях. Однако чаще всего транзисторы используют для усиления электрических сигналов. Например, при приёме радио- и телесигналов слабый сигнал с антенны, мощность которого миллиардные доли ватта, усиливается для получения звука и изображения на экране. Мощность усиленного сигнала составляет несколько десятков и даже сотен ватт.

Различают биполярные и униполярные (полевые) транзисторы. Если в основе работы биполярного транзистора лежит использование носителей обоих знаков (электронов и дырок), то в полевых транзисторах — использование носителей одного какого-либо знака (поэтому их называют униполярными). Эти типы транзисторов различаются также и по областям применения. Биполярные транзисторы используют в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

Рассмотрим принцип работы биполярных транзисторов, основанный на использовании двух электронно-дырочных переходов. Один из переходов включён в прямом (пропускном) направлении (эмиттерный переход), а другой — в обратном (запирающем) направлении (коллекторный переход). Эти два перехода разделяют биполярные транзисторы на три области: эмиттер, базу и коллектор. Примесная проводимость базы транзистора может быть как электронной, так и дырочной. В зависимости от этого биполярные транзисторы подразделяют на два типа: p–n–p (рис. 227.8, а) и n–p–n (рис. 227.8, в). Наряду со схематическим изображением обоих типов биполярных транзисторов на рисунках 227.8, б, г представлено условное обозначение этих приборов в электрических схемах. Стрелкой всегда обозначают эмиттер. Её направление указывает направление электрического тока в нормальном режиме работы прибора.

При изготовлении биполярного транзистора, например p–n–p-типа, с обеих сторон плёнки из германия с проводимостью n-типа вплавляют трёхвалентную примесь, например индий (рис. 227.8, д), и крайние области прибора приобретают проводимость p-типа. Транзисторы n–p–n-типа устроены аналогичным образом, только материал базы у этих приборов обладает дырочной проводимостью, а эмиттера и коллектора — электронной (рис. 227.8, в). В результате диффузии основных носителей заряда через n–p-переходы — электронов из электронной области транзисторов в дырочную и дырок из дырочной области в электронную — на границах этих областей образуются двойные слои разноимённо заряженных ионов. Между областями с различным типом проводимости заряды ионов создают электрические поля в эмиттерном и коллекторном переходах, значение напряжения U_К которых для германиевых n–p-переходов примерно равно 0,35 В, а для кремниевых — около 0,6 В. На рисунках 227.8, а и в представлено схематическое изображение линий напряжённостей этих полей. Транзистор включают в электрическую схему с помощью металлических электродов, нанесённых на каждую из его областей.

Благодаря появлению транзисторов системы обработки данных и системы связи получили в своё время мощный толчок в развитии. Без транзисторов невозможна работа компьютеров, которые в современном мире повсеместно используют для обработки и хранения информации. Транзисторы и интегральные схемы на транзисторах применяют в электронной аппаратуре, различного рода гаджетах, в приборах автоматического управления и вычислительной техники в качестве бесконтактных переключательных элементов — электронных ключей.