В данную версию презентации включены 17 слайдов из 36, просмотр некоторых из них ограничен.
Презентация носит демонстрационный характер. Полная версии презентации содержит практически весь материал по теме «Транзисторы», а также дополнительный материал, который следует более детально изучить в профильном физико-математическом классе.
Простая схема, достаточная для обеспечения безопасности жилища.
Схема автоматического включения освещения с наступлением темноты.
Содержание
У. Шокли
У. Браттейн
Дж. Бардин
У. Шокли, У. Браттейн и Дж. Бардин получили Нобелевскую премию по физике в 1956 году «За исследования в области полупроводников и открытие эффекта транзистора»
Транзи́стор - (от англ. transfer -переносить и резистор), полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (преимущественно Si или Ge), содержащего не менее трёх областей с различной — электронной (n) и дырочной (p) — проводимостью. Изобретён в 1948 г. американцами У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином.
По физической структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные (чаще называют просто транзисторами) и униполярные (чаще называют полевыми транзисторами). В первых, содержащих два или более электронно-дырочных перехода, носителями заряда служат как электроны, так и дырки, во вторых - либо электроны, либо дырки. Термин «транзистор» нередко используют для обозначения портативных радиовещательных приёмников на полупроводниковых приборах.
Биполярный транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) – электронный тип примесной проводимости, p (positive) – дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» – «два»).
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора – большая площадь p – n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Э
Б
К
Схематическое устройство транзистора
Э
Б
К
Принцип работы транзистора
Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере транзистора p-n-p типа включенного по схеме с (ОБ) общей базой.
Между р- и n- областями возникают p-n переходы. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным (ЭП), а переход между коллектором и базой - коллекторным (КП).
Э
К
Б
ЭП
КП
Коллекторная цепь транзистора подключается к источнику с ЭДС – ЕКБ, т.е. КП включен в обратном направлении.
ЕКБ
В коллекторном переходе напряженность поля под действием ЕКБ возрастает. Это приводит к появлению незначительного обратного тока Iко в коллекторной цепи, обусловленного движением неосновных носителей зарядов. Этот ток существенно возрастает с увеличением температуры, поэтому его называют тепловым током коллектора – Iко
Iко
Принцип работы транзистора
Схемы включения
биполярных транзисторов
Схема включения транзистора с общей базой
В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рисунке.
В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
Простейший усилитель
на транзисторе
Э
К
ЭП
КП
ЕКБ
Iко
IБ
Б
Если в цепь эмиттера включить источник переменного напряжения то на резисторе Rн, включенном в цепь коллектора, также возникает переменное напряжение, амплитуда которого может во много раз превышать амплитуду входного сигнала. Следовательно, транзистор выполняет роль усилителя переменного напряжения.
Iк
Iк
Iэ
Однако такая схема усилителя на транзисторе является неэффективной, так как в ней отсутствует усиление сигнала по току, и через источники входного сигнала протекает весь ток эмиттера Iэ. В реальных схемах усилителей на транзисторах источник переменного напряжения включают так, чтобы через него протекал только небольшой ток базы Iб = Iэ – Iк. Малые изменения тока базы вызывают значительные изменения тока коллектора. Усиление по току в таких схемах может составлять несколько сотен.
U, В
I, мA
0,1
0,5
1
2
Биполярные фототранзисторы
Фототранзистором называют полупроводниковый транзистор с двумя электронно-дырочными переходами, ток которого увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при облучении прибора светом.
МП42Б
Переделка транзистора в фототранзистор
Фототранзистор легко изготовить самостоятельно. Перед началом работы на транзистор приклеивают гайку для того, чтобы мягкий корпус не деформировался при переделке.
Оргстекло
Гайка
Гайка
Транзистор со снятой шляпкой
Осторожно спиливают надфилем шляпку транзистора МП42Б (или другого транзистора с большим коэффициентом усиления в аналогичном корпусе).
Получившееся отверстие сверху закрывают прозрачным органическим стеклом толщиной 0,1…0,4 мм.
Чтобы германиевый транзистор не вышел из строя, температура его кристалла должна быть меньше примерно 70 °C, кремниевого транзистора – меньше 125 … 150 °C, а арсенид-галлиевого транзистора – меньше 150 … 200 °C. Введение легирующих добавок несколько корректирует максимально допустимую температуру кристалла, а некоторые специально сконструированные транзисторы выдерживают и более высокую температуру. Так, согласно справочным данным, кремниевый биполярный транзистор КТ921В был разработан для применения в геофизической аппаратуре при температуре корпуса компонента не более +200 °C. При существенно более высокой температуре транзистора он испортится из-за необратимой перестройки кристаллической решётки. Нагрев биполярных транзисторов вызывает увеличения проводимости области базы и обратного тока коллектора. При повышении температуры корпуса транзистора от 20 °C до 60 °C обратный ток коллектора обычно может возрасти до шести раз. Следовательно, флюктуации (изменения) температуры оказывают очень существенное влияние на функционирование транзисторного каскада, вызывая значительные изменения режима его работы. Чтобы флюктуация температуры не привела, допустим, к возникновению автогенерации каскада, предназначенного для усиления, или другим вредным последствиям, необходимо применять цепи термостабилизации режимов работы транзисторов.
