История использования транзисторов начинается в 1947 г., когда 3 американских физика, впоследствии получившие за это Нобелевскую премию, У. Шокли, У. Браттейн и Д. Бардин продемонстрировали первый рабочий полупроводниковый триод. Вся современная электроника основана на применении устройства, которое помогло избавиться от громоздких радиоламп.
Существует 2 типа транзисторов – биполярные и полевые. Первые также имеют 2 разновидности с N-P-N и P-N-P переходом. Рассмотрим подробней, как они работают.
Что внутри биполярного триода?
Полупроводниковый прибор представляет из себя сэндвич состоящий их трёх слоёв разной проводимости. При выборе материалов, из которых состоят слои, чаще всего применяют кристаллы кремния. Являясь диэлектриком, при добавлении различных примесей, они приобретает полупроводниковые свойства. С примесью фосфора, который служит донором отрицательно заряженных частиц, кремний становится полупроводником P-типа. А примесь бора – поглотителя отрицательно заряженных электронов, делает его N-типом.
Схематично биполярный транзистор выглядит так:
К каждому слою припаяны электроды. База – это контакт, отвечающий за проводимость, эмиттер – источник свободных электронов, а коллектор – то место, куда отправляются носители заряда под воздействием электродвижущей силы.
Если разрезать базу N посередине, то получится 2 диода, соединённых друг с другом. В своё время учёные договорились, что ток двигается от плюса к минусу. Движение тока с эмиттера на базу с P-полупроводника на N говорит о том, что мы имеем дело с прямо проводящим диодом.
При использовании в качестве базы источника электронов Р, проводимость будет обратной.
Работа биполярного транзистора популярно
Представьте триод в виде трубы, по которой течёт вода. Ток воды преграждает заслонка на пружине.
Чтобы жидкость протекала свободно, необходимо открыть задвижку приложив усилие, чтобы преодолеть сопротивление пружины. Если не удерживать, то заслонка перекроет трубу и ток воды прекратится.
Аналогично, при P-N-P переходе, чтобы ток свободно тёк от эмиттера к коллектору, необходимо подключить к базе "минус". Тогда ток будет "вытекать" из неё.
При обратной проводимости N-P-N триод будет открываться подключением к базе "плюса".
Транзисторы схематично
На схемах биполярный триод изображают вот так:
Разберёмся, какой тип отображает каждый рисунок. N означает Negative и содержит свободные электроны, а P (Positive)– положительно заряженные атомы или "дырки". Ток течёт от "плюса" к "минусу" в направлении противоположном движению отрицательных частиц.
На схеме нарисована стрелка, идущая от эмиттера к базе или наоборот. Она показывает направление управляющего тока. Если база изготовлена из N-полупроводника, то стрелка обращена к ней. Если стрелка направлена к эмиттеру, то это N-P-N тип.
Где применяются?
Биполярные транзисторы можно найти в приборах служащих для:
- Усиления тока. При этом ток базы постоянно поддерживается выше тока удержания. Транзистор всегда открыт, и колебания малого тока базы создают колебания тока коллектора гораздо большей амплитуды.
- Создания барьера. Ток нагрузки коллектора может управляться изменением тока на базе. Тогда транзистор работает как барьер для тока.
- Работы в ключевом режиме. Триод быстро переходит из открытого положения в закрытое, действуя как коммутатор.