Как транзистори от различни видове. Как те пречистват полупроводниците и им дават една кристална структура. Кои методи позволяват въвеждането на примеси от положителни и отрицателни типове в полупроводниците. Както и в завода, се произвеждат конвенционални транзистори, мезатранссистори и планарни. Каква сложна дилема поставя формата на базата в транзисторите за усилване на HF. Всички тези въпроси се разглеждат тук от проф. Радиол.

Слушах с интерес към вашия разговор за транзистори и отбелязва със задоволство, че Lyuboznaykin ви обяснени всички основни понятия, свързани с тези активни съставки, които в продължение на няколко години успешно заменени вакуумни тръби в повечето видове електронно оборудване.

Разбрахте добре, Ненадкин, че слабите променливи токове, приложени между основата и емитер, определят тока на основата, което от своя страна причинява тока на колектора. Можем да кажем, че печалбата на транзистора се определя от съотношението на промяната в тока на колектора към промяната в базовия ток, който го е причинил.

Пречистване на полупроводници

Мисля, че бихте искали да знаете какви видове транзистори съществуват и как са направени. Затова ще се опитам да опиша основните характеристики на транзисторите и технологията на тяхното производство.

Транзисторите са изработени от германий или силиций, а в началото на производствения цикъл е необходимо да имаме много чист полупроводник с незащитена кристална структура.

За да се отстранят примесите, се използва метод на нагряване, наречен зонално топене. Полупроводниковият прът се поставя в кварцов тигел и се нагрява докато тесната зона на пръта се стопи. След това тази разтопена зона бавно се премества от единия край на полупроводниковия прът към другия. Какво става тук? Примесите обикновено остават в стопената част. Придвижвайки тази зона от единия край на пръта към другия, събираме примесите на единия край и добре почистваме останалата част от пръта от тях. След това краят на пръта, в който се събират примесите, се отрязва и в добре пречистена част остават не повече от един атом от примеси на сто милиона полупроводникови атоми.

Високочестотно отопление

Може би искате да знаете как е възможно да се затопли полупроводник с тесен участък, в който температурата достига по време на пречистването на германий и при пречистването на силиций? В този случай електрониката се обажда за помощ. Разтопената зона заедно с тигела се поставя в серпентина, върху която протича висок ток с висока честота. Този ток предизвиква течения в масата на полупроводниците, което силно го загрява. Смолата бавно се движи по тигела, което предизвиква съответно движение на разтопената зона (Фигура 132).

Загряването от магнитното поле, предизвикано от токове с висока честота и от друга страна генериране на токове в масата на полупроводниците, е координирано различно от нагряването с помощта на пламък.

Отоплението на пламъка повишава температурата на повърхността на тялото и вече от повърхността, дължащо се на топлинната проводимост на калориите, прониква във вътрешността на тялото. При високочестотно отопление, топлината незабавно покрива цялата маса на отопляемото тяло.

Ще добавя, че този метод може да се използва и за отопление на диелектриците, но в отопляемото тяло се създава електрическо (а не магнитно) поле. За тази цел нагрятото тяло се поставя между кондензаторните пластини, към които се прилага RF напрежението. Този метод се използва в медицината, където се нарича високочестотна диатермия.

Фиг. 132. Почистване на полупроводника чрез метода на топене на зона.

Фиг. 133. Подреждане на три елемента, образуващи транзистор.

Производство на един кристал

Нека обаче да се върнем към полупроводниците. Сега, когато са добре пречистени, те трябва да придадат безупречна кристална структура. Факт е, че обикновено полупроводник се състои от голям брой случайно разположени кристали. Такъв клъстер от кристали трябва да се превърне в един единствен кристал с изключително еднаква кристална структура в цялата маса.

За да направите това, целият полупроводник трябва да се стопи отново; Тази операция се извършва и с помощта на високочестотни токове, протичащи по дължината на серпентината. Малък кристал се въвежда в стопилката, който служи като семе за перфектна кристализация на цялата маса и необходимото количество примеси от типа n или p в зависимост от вида на бъдещите транзистори.

След охлаждане се получава единичен кристал с маса от няколко килограма. Тогава тя трябва да бъде нарязана на голям брой малки парчета, всеки от които по-късно ще се превърне в транзистор. С изключение на заготовките за високоенергийни транзистори, тези парчета имат дължина и широчина приблизително 2 mm и дебелина няколко десети от един милиметър.

синтез

Така че имаме заготовки за базата. Как те правят транзисторите? Можете лесно да предположите, че за това от двете страни на основата трябва да имате примеси от типа, противоположен на това, което съдържа основата.

За да изпълни тази задача, има няколко начина. Ако основата е направена от германий от тип р, тогава и от двете й страни е възможно да се наложат малки таблетки, направени от индий, което предсказва примес от тип п. Загрявайте всичко до температурата, в която започва да се разтапя индий; германската мания, както вече казах, се превръща в течност само при нагряване до 940 ° С.

Атомите на индий са вградени в германий; Това проникване се улеснява от топлинното движение.

По този начин от едната страна на основата се образува емитер, а от друга - колектор (Фигура 133). Последното трябва да има по-голям обем от излъчвателя, тъй като токовете разсейват много енергия. От само себе си се разбира, че всеки от трите електрода трябва да се залепи с кабел.

Дифузия и електролиза

Методът за оформяне на емитер и колектор, който току-що описах от мен, се използва при производството на транзистори на сплав. Но емитер и колектор могат да бъдат създадени и чрез метода на дифузия. За тази цел полупроводниците се загряват до температура близка до точката на топене и се поставят в атмосфера на неутрален газ, съдържащ двойки онечиствания, за образуване на емитер и колектор. Атомите на примесите лесно проникват в полупроводниците. В зависимост от дозирането на влагата и продължителността на операцията дълбочината на проникване може да бъде по-голяма или по-малка. Това определя дебелината на основата.

Метод дифузия е много подходящ за производство на мощност транзистори, тъй като позволява влизане на примесите в големи области - по този начин е възможно да се образува емитер и колектор е необходимо размери, достатъчни за преминаване на относително големи токове.

Дифузионният метод е подобен на електролитния метод, при който полупроводникът е изложен на струи от течност, съдържаща примес от противоположния тип.

Както виждате, за производството на транзистори се използват вещества в твърдо състояние - синтез, течно - електролиза и газова дифузия.

Създаден по един от описаните методи, транзисторът се поставя в запечатан и непрозрачен корпус, така че светлината да не предизвиква фотоелектричен ефект в полупроводника. В тялото се създава вакуум или се напълва с неутрален газ, например азот, за да се предотврати окисляването на германий или силиций с кислород във въздуха. Случаите за транзистори с висока мощност са направени по такъв начин, че да могат да разсейват топлината и по този начин да предотвратят прекомерното нагряване на полупроводниците. Такова тяло е радиатор на радиатор, има големи размери.

Високите честоти създават проблеми

Високочестотният транзистор е предмет на изискванията за дебелината на основата.

Ако неговата дебелина е много малка, между емитер и колектора се образува относително висок капацитет. Тогава високочестотните токове, вместо да преминават през две кръстовища, преминават директно от емитер към колектора, които са оригиналните кондензаторни пластини.

Необходимо ли е да се увеличи дебелината на основата, за да се намали този нежелан капацитет? Вие, Незнанин, несъмнено ще предложите това решение. Нека видим колко е рационално.

Чрез увеличаване на разстоянието, разделящо емитер и колектор, ще принудите електроните да направят по-дълга траектория между двата прехода. Въпреки това, в полупроводниците, скоростта на електроните и дупките е доста ниска: около. Да предположим, че дебелината на основата е OD mm. За да премине това повече от кратко, електроните се нуждаят от 2,5 μs.

Това е равно на продължителността на един полукръг на тока с честота, съответстваща на дължина на вълната. Както можете да видите, с такава дебелина на основата, е възможно да се разширят само токовете, съответстващи на дългите вълни.

Ето защо в HF транзистори дебелината на основата трябва да бъде много по-малка. С дебелина на основата 0.001 mm, вълните могат да бъдат усилвани до и за приемане на дециметрични вълни, в които се провеждат по-специално телевизионни предавания, основата трябва да бъде още по-тънка.

Както можете да видите, тук сме изправени пред две противоречащи си изисквания: че капацитетът на източника на звук - колекционер не е твърде голям, че е необходимо да се увеличи дебелината на основата, както и че електроните преминали през основата достатъчно бързо, то трябва да се правят възможно най-тънки.

Решения на проблема

Как да се измъкнем от тази дилема? Много е лесно да се намали капацитета не чрез намаляване на разстоянието между двете плочи, в които действат тук излъчвателят и колекторът, но чрез минимизиране на възможните им участъци в кръстовищата.

Фиг. 134. Електролитно третиране с течни струи.

Фиг. 135. Транзистор, в който има зона на полупроводник с вътрешна проводимост между основата и колектора, което подобрява усилването при високи честоти.

За тази цел примесите се въвеждат по такъв начин, че излъчвателят и колекторът да имат формата на конуси, чиито върхове са обърнати към основата. Този резултат се постига, по-специално при обработката на двете страни на течни струи полупроводникови плоча, която под влиянието на напрежение предизвиква електролиза и по този начин постепенно дърпа атоми, присъстващи в полупроводника създаване кратери. Когато дъното на вдлъбнатините са достатъчно близо една до друга, посоката на промяна на напрежението, и достатъчно количество течни добавят примеси, които са въведени чрез електролиза във вдлъбнатините, които емитер и колектора (фиг. 134).

Съществува категория на RF транзистори, в които основният слой, изправен към емитер, съдържа повишено количество примеси, което увеличава скоростта на електроните и по този начин повишава по-високите честоти. Такива транзистори се наричат ​​плаващи; те дават възможност за усилване на дециметричните вълни.

Можете да отидете по-нататък в тази посока, като поставите между основата и колектора така наречената зона с вътрешна проводимост (Фигура 135). Това е слой от много чист германий или силиций и поради това има посредствена проводимост. Тази зона разделя много тънка основа от колектора, което намалява капацитета между емитер и колектора и позволява да се усилват много високи честоти.

Мезоструктурирани транзистори

Друг метод служи за производството на транзистори, способни да работят на честоти от няколко хиляди мегахерца, така че те да се използват по-специално във входните вериги на телевизорите.

За да се произвеждат такива транзистори, вземете германиева плоча тип п, която ще служи като колектор. От долната страна на плочата, златна лента е твърдо споявана - бъдещо заключение. Горната страна на плочата е изложена на антимонни изпарения. Това примес от тип п, чиято плътност на повърхността е по-висока, формира основата. След това от същата страна на плочата се въвежда примес от тип р (обикновено алуминий) чрез дифузионния метод, който образува емитер. Тази дифузия се получава чрез решетка, в резултат на която алуминий се отлага върху повърхността чрез тесни ивици (Фиг. 136, а).

След завършване на тези операции се прилага към повърхността на малки капчици от восък, всяка от които обхваща една странична част на тип полупроводникови р - бъдеще излъчвател, а другият му част - тип порция N - бъдещата база (Фигура 136, б.).

Фиг. 136. Последователни етапи на производството на меzatransistor: a - дифузия през решетката на примес от тип p; b - прилагане на восъчни капчици върху повърхността, образуваща излъчвателя и основата; c - киселинно третиране и разделяне на плочите в отделните транзистори.

Фиг. 137. Етапи на производство на транзистора по планарна технология: а - върху епитаксиалния слой се нанася изолационен слой от силициев диоксид; b - в изолационния слой се създава "прозорец", през който чрез дифузия се въвежда смес от тип р; c - след нанасяне на нов изолационен слой се създава "прозорец" с по-малки размери, отколкото първият в него, и чрез него се въвежда примес от тип п; g - за достъп до зоните на основата и емитер, отворени отвори, запълнени с метал, към които след това са запоени запоени кабели; d - субстратът се укрепва върху метална плоча, която служи като изход за колектор.

След това цялата плоча се обработва с киселина, която кървя всички части на емитери и основи, с изключение на тези, защитени с восък. Сега остава само да се изреже плочата в толкова транзистори, колкото има емитери и основи, образуващи на колектора малки, характерни пързалки с плосък връх (Фигура 136, с). Транзисторите с такава структура започнаха да се наричат ​​мезе, защото в Южна Америка тази дума се нарича планина с плосък връх.

Епитаксиалният слой

Нека сега да слезем от тази планина в равнината. С това имам предвид планарна технология за производство на транзистори, която е станала много разпространена, тъй като позволява едно хиляди транзистори да бъдат произведени на един монокристал в един технологичен цикъл. Тези транзистори също така дават възможност за усилване на високи честоти и получаване на значителна мощност.

Най-често тези транзистори се формират върху епитаксиалния слой на полупроводниците. Какво е това?

Колекторът трябва да има малко електрическо съпротивление, за да може лесно да премине ток. Следователно е желателно да се направи от полупроводник с високо съдържание на примеси. Основата и емитерът, напротив, трябва да имат значително по-малко примеси.

За да се създаде необходимата разлика, полупроводник, богат на примеси, е покрит с тънък епитаксиален слой. За тази цел полупроводник, например силиций, се загрява във водородна атмосфера до температура около сто градуса под точката на топене. Тогава температурата е леко понижена и полупроводникът се вкарва едновременно в силициев тетрахлорид. Последният се разлага и на повърхността на полупроводника се отлага епитаксиален слой, състоящ се от силициеви атоми, разположени в идеалния ред на кристалната решетка. Дебелината на този слой е стотна от милиметъра, а неговата висока чистота определя високата електрическа съпротивление.

Изработка на транзистори в планарна технология

Представете си, че имаме силиконова вафла, покрита с епитаксиален слой. Първо, поставяме изолационен слой силициев диоксид върху епитаксиалния слой (Фигура 137). След това, действайки с подходящия химичен състав, ще отворим отвор в изолационния слой, чрез който въвеждаме в епитаксиалния слой дифузионния метод на примес от тип р, например бор; Този сайт с примеси ще послужи като база за бъдещия транзистор.

Отново покриваме цялата плоча с изолационен слой от силициев диоксид и повтаряме химически ецване в малка дупка в центъра. Чрез тази дупка, чрез дифузионния метод, въвеждаме примес от тип n, например фосфор. Това създава излъчвателя.

За пореден път покрийте цялата плоча с изолационен слой от силициев диоксид и след това отворете в този слой два отвора: един над емитер и другият разположен в центъра, над основата. Чрез тези дупки, чрез разпрашаване на алуминий или злато, ще създадем емитер и базови терминали. Що се отнася до изхода на колектора, неговото производство не причинява никаква трудност - достатъчно е да се укрепи проводящата плоча от долната страна на колектора.

Вие, Незнанин, без съмнение ще забележите, че в транзистора, направен по този начин, преходните ръбове нямат контакт с околната атмосфера; те са защитени от слой силициев диоксид, което напълно премахва възможността за разваляне на транзистора. Силициевият диоксид е по-известен като кварц.

Ако искате да увеличите силата на планарен транзистор, по принцип е необходимо да увеличите преходната зона на емитер-базата; за тази цел е възможно също така да се увеличи контактната зона между тези две зони, което прави излъчвателя не във формата на малък кръг, а под формата на звезда или затворена прекъсната линия.

Използване на фоточувствителни филми

Като научих от моето обяснение за големия брой операции, необходими за производството на транзистор, използвайки планарна технология, вие, Незнайк, несъмнено мислите, че неговата основна цена трябва да бъде много висока. Затова бързам да ви успокоя.

По едно време се произвеждат няколко десетки или дори стотици транзистори. В производството се използват фотолитографски методи, които са още по-широко използвани в производството на интегрални схеми, за които ще говорим за друго време.

Имайте предвид, че за откриване на малки отвори ( "прозорци"), по цялата повърхност първо се покрива с фоточувствителен филм, който е изложен на светлина става твърд и устойчив на разтворителя, използван в следващия етап. По този начин изложените на повърхността повърхности са защитени от уникален лак, в който заобленият филм се е завъртял.

Както се надявам, предположихте, че върху фолиото се проектират светлинни изображения от секции от епитаксиалния слой, които не трябва да се подлагат на химическо третиране. Обикновено прожекцията на светлината се извършва чрез лещи, които позволяват да се намали прожектираното изображение, което насърчава микроминиматура.

Бих могъл да ви разкажа за други транзистори, като тези на полето. Но не искам да те отегчавам. Можете да изключите касетофона.

Транзистори. Част 3. Какво правят транзисторите

Чистите полупроводници имат същия брой свободни електрони и дупки. Такива полупроводници за полупроводникови устройства не се използват, както беше споменато в предишната част на статията.

За производството на транзистори (под в този случай също така означава, диоди, интегрални схеми и в действителност всички полупроводникови устройства) се използват полупроводници п и р видове с електрони и дупки проводимост. В полупроводници от тип n, основните носители на заряд са електрони, а в полупроводници тип р, дупки са.

Полупроводниците с необходимия тип проводимост се получават чрез допинг (прибавяне на примеси) към чисти полупроводници. Количеството на тези примеси е малко, но свойствата на полупроводниковата промяна не могат да бъдат разпознати.

Смесващи примеси

Транзисторите не биха били транзистори, ако в производството им не бяха използвани три и пет валентни елемента, които се използват като примеси за сплав. Без тези елементи би било просто невъзможно да се създадат полупроводници с различна проводимост, създаването на преход p-n (възприеман от пене) и транзистора като цяло.

От една страна, като тривалентни примеси се използват индий, галий и алуминий. Тяхната външна обвивка съдържа само 3 електрона. Такива примеси избират електрони от полупроводникови атоми, в резултат на което проводимостта на полупроводника става дупка. Такива елементи се наричат ​​акцептори - "приобретателят".

От друга страна, той е антимон и арсен, - пентавалентни елементи. На външна орбита имат по 5 електрони. Влизайки в подредените редове на кристалната решетка, те не могат да намерят място за петия електронен, той остава свободен и проводимостта на полупроводника става електронна или от тип n. Такива примеси се наричат ​​донори - "дарител".

Фигура 1 показва таблица с химически елементи, които се използват при производството на транзистори.

Фигура 1. Влияние на примесите върху свойствата на полупроводниците

Дори и в химически чист полупроводников кристал, например германий, има примеси. Техният брой е малък - един атом на примесите на милиард атома германий. И в един кубичен сантиметър има около петдесет хиляди милиарда чужди тела, наречени примеси атоми. Изглежда много?

Време е да си припомним, че при ток от 1 А, такса за 1 Coulomb преминава през диригент или 6 * 10 ^ 18 (шест милиарда милиарда) електрона в секунда. С други думи, атомите на примесите са "не толкова много" и те дават на полупроводника много незначителна проводимост. Оказва се дали лош проводник, или не е много добър изолатор. Като цяло, един полупроводник.

Как един полупроводник с проводимост n

Да видим какво се случва, ако в германия кристала се вкара пентавалентен атом или арсенов атом. Това е ясно показано на фигура 2.

Фигура 2. Въвеждане на 5-валентна примес в полупроводника.

Един малък коментар към фигура 2, който трябваше да бъде направен по-рано. Всяка права линия между съседни полупроводникови атоми във фигурата трябва да бъде двойна, което показва, че два елена участват в съединението. Тази връзка се нарича ковалентна и е показана на Фигура 3.

Фигура 3. Ковалентна връзка в силициев кристал.

За Германия, моделът ще бъде точно същият.

Пет-валентният атом на примесите се въвежда в кристалната решетка, тъй като там просто няма къде да отиде. Четири валентни електрона от петте си, които използва за създаване на ковалентни връзки със съседни атоми, има въведение в кристалната решетка. Но петият електронен ще остане свободен. Най-интересното е, че атомът на самото онечистване в този случай се превръща в положителен йон.

В този случай примесът се нарича донор, той дава на полупроводниците допълнителни електрони, които ще бъдат основните носители на заряд в полупроводника. Самият полупроводник, който е получил допълнителни електрони от донора, ще бъде електронно проводим полупроводник или n-отрицателен тип.

Примесите се въвеждат в полупроводници в малки количества, само един атом на десет милиона германий или силициеви атоми. Но това е сто пъти повече от съдържанието на собствените си примеси в най-чистия кристал, който е написан точно горе.

Ако сега към получената п-тип полупроводници свързване на електрохимичната клетка, както е показано на Фигура 4, електрони (кръгчета минус в) от полевите батериите електрически стадо си положителен терминал. Отрицателният полюс на източника на ток ще даде на кристала същия брой електрони. Следователно, през полупроводниците ще протича електрически ток.

Хексагоните, в които знакът плюс вътре, не са нищо друго освен онечистващите атоми, които се отказват от електроните. Сега това са положителни йони. Резултатът по-горе е следният: въвеждането на донорски примес в полупроводника осигурява инжектирането на свободни електрони. В резултат на това се получава полупроводник с електронна проводимост или тип п.

Ако в полупроводник, германий или силиций добавите атоми от материята с три електрона във външна орбита, например индий, тогава резултатът ще бъде директно да се каже обратното. Тази връзка е показана на фигура 5.

Фигура 5. Въвеждане на 3-валентна примес в полупроводника.

Ако сега източникът на ток е прикрепен към такъв кристал, тогава изместването на дупки приема подреден характер. Фазите на прехвърляне са показани на Фигура 6.

Фигура 6. Фази на проводимост на дупките

Дупката в първия атом отдясно е само тривалентният атом на примесите, улавя електрона от съседа вляво, оставяйки дупка в него. Тази дупка, на свой ред, е изпълнена с електрона, разкъсана от съседа си (на фигурата отново е отляво).

По този начин позитивно заредените дупки преминават от положителния към отрицателния полюс на акумулатора. Това продължава, докато дупката се доближи до отрицателния полюс на източника на ток и го запълни с електрона. В същото време, електронът от най-близкия източник към положителния терминал оставя своя атом, получава се нова дупка и процесът се повтаря отново.

За да не се бърка, какъв тип полупроводник се получава, когато се въведе нечистота, достатъчно е да запомните, че в думата "донор" има буква е (отрицателен) - полупроводник от тип п се получава. И в думата акцептор има писмо pe (положително) - полупроводник с проводимост p.

Конвенционалните кристали, например германий, във формата, в която съществуват в природата, за производството на полупроводникови устройства са неподходящи. Факт е, че обичайният естествен кристал на германий се състои от малки разпръснати кристали.

На първо място, изходният материал се почиства от примеси, след което германият се стопява и семената се потапят в получената стопилка - малък кристал с правилната решетка. Семената бавно се въртят в стопилката и постепенно се издигат нагоре. Сместа покрива семето и се охлажда, за да образува еднокристална пръчка с големи размери с обикновена кристална решетка. Появата на получения единичен кристал е показана на фиг.7.

В процеса на производство на единичен кристал, към топенето се добавя п-тип или n-тип несъответствие, като по този начин се получава необходимата проводимост на кристала. Този кристал беше нарязан на малки плочи, които в транзистора станаха основата.

Колекторът и емитерът са произведени по различни начини. Най-просто беше, че малки парчета индий бяха поставени на противоположните страни на плочата, които бяха заварени, нагрявайки контактната точка до 600 градуса. След охлаждане на цялата структура, наситените с индий региони придобиха проводимост от типа р. Полученият кристал е монтиран в корпуса и клемите са прикрепени, което води до образуване на сплави планарни транзистори. Дизайнът на този транзистор е показан на фигура 8.

Такива транзистори са произведени през шейсетте години на двадесети век под марките MP39, MP40, MP42 и др. Сега това е на практика музеен експонат. Най-голямата употреба е открита за транзисторите на структурата p-n-p тур.

През 1955 г. е разработен дифузионен транзистор. Съгласно тази технология, за да се образуват областите на колектора и емитер, германната плоча се поставя в газообразна атмосфера, съдържаща пара на желаното онечистване. В тази атмосфера плочата се нагрява до температура точно под точката на топене и се оставя да престои необходимото време. В резултат атомите на онечистването проникват в кристалната решетка, образувайки p-n преходи. Такъв процес е известен като дифузионен метод, а самите транзистори се наричат ​​дифузия.

Честотните характеристики на алуминиеви транзистори, то трябва да се каже, оставят много да се желае: средните честоти, не е повече от няколко десетки мегахерца, което позволява използването им като основен начин за ниските и средните честоти. Такива транзистори са получили името на ниска честота и със сигурност ще разширят само честотите на звуков диапазон. Въпреки, че транзисторите от силициев германий отдавна са заменени от силициеви германий транзистори, те все още се произвеждат за специални приложения, при които е необходимо ниско напрежение, за да се изкриви излъчвателя в посока напред.

Силиконовите транзистори се произвеждат по планарна технология. Това означава, че всички преходи отиват на една и съща повърхност. Те почти изцяло изместват германските транзистори от схеми на дискретни елементи и се използват като компоненти на интегрални схеми, където германий никога не е бил използван. В момента германският транзистор е много труден за намиране.

Принцип на действие на транзистора

Полупроводникови триоди се използват за усилване на електрически импулси. Тъй като транзисторът работи чрез промяна на напрежението в мрежата, той може да регулира тока в определено електрическо устройство.

Видове транзистори

Транзисторът е полупроводников активен радио елемент, необходим за генериране, преобразуване и усилване на електрически сигнал (неговата честота и мощност). Нарича се и полупроводников триод. Този кръгов елемент е необходим за работата на почти всички известни електрически устройства (ключ за запалване, диоден мост, захранващ блок, превключвател на натоварването, датчик и т.н.). Патентована е в началото на 20-ти век с участието на известния физик Джулия Едгар Лилиенфелд, но подобрението му е възникнало само въз основа на вече съществуващия биполярен модел през 60-те години. Само след 20 години от Shockley, Bardeen и Brattain са създадени първите биполярни триоди.

Структурно, транзисторът се състои от три електрода: основа, емитер, колектор. Тук излъчвателят и колекторът са основните части на устройството, базата изпълнява функциите на управление на мрежата, увеличаване на тока и трансформацията му. Веригата с този електрически елемент се обозначава под формата на три електроди, обхванати в кръг. Стрелката показва посоката на тока в емитера.

Фото - видове триоди

Има два вида транзистори: поле и биполярно, те се различават една от друга в принципа на работа и обхват на използване. Елементът на полето се контролира от входното напрежение на мрежата, докато биполярният елемент се контролира от тока. Нека разгледаме тяхната работа по-подробно.

Транзисторът на полевия ефект е елемент, който не е обединен, тъй като има само заряд с един знак (+ или -). Ето защо те се наричат ​​еднополюсни. Тези части се класифицират според вида на контрола:

1. С Пн възел или Шотки бариера;
2. С изолиран затвор MOSFET;
3. MIS или метално-диелектричен проводник.

Изолираният елемент е практически неразличим от неизолирания елемент, с изключение на допълнителния диелектричен слой между портата и канала. Нарича се MOSFET поради конструкцията: метал-оксид-полупроводник.

Фото - Полево устройство

Биполарният транзистор е известен със способността си да предава натоварвания с различни знаци през една основа. В този елемент токът преминава през основата към колектора. Има такива екзекуции:

npn са транзистори с обратна проводимост. pnp - с права линия. Един от подвидовете на обратен полупроводников триод е опототрон, който се отваря не за сметка на ток, а като признание за светлината. Елементът в този режим на работа се използва в различни светлинни сензори, превключватели и др.

Снимка - устройството на биполярно устройство

В допълнение, тези елементи могат да варират в сила, размер, материал, използван за базата. Силата на транзисторите е в обхвата от 100 mW до 1 W или повече, съвременната електроника използва всички видове, в зависимост от предназначението и дизайните характеристики на устройството.

Преди това биполярните транзистори имаха относително голям размер в сравнение с модерните детайли. Сега електрониката използва дори така наречените "острови" - това са елементите, които са представени на диаграмата под формата на точка. Те са почти невидими за външното око, но ви позволяват да минете и да наблюдавате силни импулси.

Всеки тип транзистори има някои предимства и недостатъци:

1. Полето може да бъде унищожено при ниски температури и висока влажност;
2. Регулаторът на сигнали за поле е много чувствителен към статичното електричество. Като се има предвид, че токът през усилвателя достига няколко хиляди волта, неговият затвор може лесно да бъде унищожен;
3. Биполарните модели имат малко съпротивление;
4. Електронна схема с обща основа за свързване на обратните транзистори трябва да бъде свързана към два различни източника на енергия.

Принцип на работа за начинаещи

Полето триод се контролира от ефекта върху текущите носители на електрическото поле, а не от тока на входната базова верига. Основата на този елемент е силиконово-фосфорна плоча от тип п, която се различава от смес от силиций и бор с голям брой свободни електроди. На тази пластина има порта с канал - нарича се р-регион. Този канал има две крайности - изтичане и източник, които също имат регион p, но само с увеличен брой електрони. Поради това между канала и затвора се създава връзка p-n.

Принцип на работа на фотографията

Контактните проводници свързват порта, източник и изтичане заедно. Ако плюсът е свързан към източника и към източването минус от източника на захранване, каналната система ще започне да получава ток. Тя ще бъде създадена от движението на електрони между проводниците на веригата. Това се нарича изтичащ ток. Имайте предвид, че когато положителен терминал е свързан към източника, областта на изчерпване се разширява и каналът се стеснява, като по този начин значително се увеличава съпротивлението на дренажа. Съответно, ако зоната на изчерпване се стеснява, течният ток ще се увеличи. Така че транзисторът на полевия ефект работи.

Фото - разлика между триодите

Биполярно обратното npn работи поради веригата емитер-колектор. Когато към веригата е свързан ток, транзисторът се отваря. Ако промените напрежението, идващо към основата, можете да контролирате тока във веригата. Този принцип на работа се използва в повечето модели на съвременната електроника.

Основно електротехниката използва транзистори от полярен и еднополюсен тип, за да усилват сигналите на различни сензори или да регулират тока на мрежата. Важна особеност на тези елементи е, че те могат да се използват за събиране на различни логически чипове, действащи като логически множител, негатив и т.н.

Видео: обяснение на работата на транзистора
https://www.youtube.com/watch?v=37V3gDGvhPQ

Работете в схемата

Транзисторите са един от най-популярните и необходими елементи на веригите в електрониката. Помислете как тези елементи се използват на спусъка и регенератора. Импулсната спринцовка Schmitt е генератор, в който цялото входящо напрежение се разделя от сравнителен в три диапазона. Състои се от транзистори, които са свързани помежду си чрез галванично свързване и резистор, товарни резистори и кондензатори.

Снимка - работата на транзистора в спусъка Schmitt

Когато спусъка е свързан към захранването, един от неговите MOSFETs се отваря, а вторият се затваря. След това се появява напрежение във веригата, чието ниво зависи от свързването на елементите на веригата.

Използването на полупроводникови триоди в регенератор е необходимо за опростяване на регулирането на честотата на тока. Основното предимство на използването на транзисторна схема е, че получената каскада може да контролира вълни от всякакъв мащаб, като се започне от ултразвук.

Снимка - Регенерираща верига

Има такъв регенератор на два биполярни транзистора 0.5 V, намотки и резистор. Такава верига може да бъде свързана като автогенератор, след това голяма част от намотката преминава към крана на колектора, а по-малката част към основната. Напрежението към транзисторите се подава през резистори, с помощта на които можете да промените напрежението и съпротивлението на сигнала между емитер и основата.

Основи на електрониката за манекени: какво е транзистор и как работи

Електроника ни заобикаля навсякъде. Но на практика никой не мисли за това как работи всичко. Всъщност всичко е съвсем просто. Това ще се опитаме да покажем днес. И започнете с такъв важен елемент като транзистор. Кажете какво е това, какво прави и как функционира транзисторът.

Какво е транзистор?

Транзисторът е полупроводниково устройство, предназначено да управлява електрически ток.

Къде се използват транзисторите? Да, навсякъде! Без транзистори, практически няма модерна електрическа верига. Те се използват широко в производството на компютри, аудио и видео оборудване.

Времето, когато съветските интегрални схеми бяха най-големият в света, премина, а размерът на съвременните транзистори е много малък. Така че най-малките устройства имат размери от порядъка на нанометър!

Префиксът nano показва стойност от порядъка на десет до минус деветата степен.

Има обаче гигантски екземпляри, използвани главно в областта на енергетиката и промишлеността.

Има различни видове транзистори: биполярни и полярни, директна и обратна проводимост. Независимо от това, основата на работата на тези устройства е същият принцип. Транзисторът е полупроводниково устройство. Както е добре известно, в полупроводниците носителите на заряд са електрони или дупки.

Районът с излишък от електрони се обозначава с буквата n (отрицателна), а регионът с проводимост на отворите е p (положителен).

Как функционира транзисторът?

За да направите всичко много ясно, помислете за работата на биполярен транзистор (най-популярната форма).

Биполярен транзистор (наричан по-долу просто транзистор) е полупроводников кристал (най-често се използва силиций или германий), разделени на три зони с различна електрическа проводимост. Зоните се наричат ​​колектор, база и емитер, съответно. Устройството на транзистора и неговото схематично изображение са показани на фигурата,

Отделете транзисторите с директна и обратна проводимост. Транзисторите p-n-p се наричат ​​транзистори с директна проводимост, а транзисторите n-p-n - с обратното.

Сега за това какво има два режима на работа на транзистори. Самата операция на транзистора е подобна на действието на кран за вода или клапан. Само вместо вода е електрически ток. Две състояния на транзистора са възможни - работещ (транзистор е отворен) и състояние на покой (транзисторът е затворен).

Какво означава това? Когато транзисторът е затворен, през него не протича ток. В отворено състояние, когато малък контролен ток се подава към основата, транзисторът се отваря и голям ток започва да тече през емитер-колектора.

Физически процеси в транзистор

И сега е по-подробно защо всичко се случва по този начин, затова транзисторът се отваря и затваря. Нека вземем биполярен транзистор. Нека да е n-p-n транзистор.

Ако свържете източник на захранване между колектора и емитера, колекторите ще започнат да се привличат към плюса, но няма да има ток между колектора и емитер. Това е възпрепятствано от междинната основа и самия емитер.

Ако е свързан допълнителен източник между базата и излъчвателя, електрони от областта на излъчвателя n ще започнат да проникват в базовата област. В резултат на това базовият регион е обогатен от свободни електрони, някои от които се рекомбинират с дупки, някои ще потекат към основата плюс и част (най-много) ще отидат в колектора.

По този начин транзисторът се отваря и колекторът на емитер-ток тече в него. Ако се увеличи базовото напрежение, колекторният ток на емитер също се увеличава. Освен това, при малка промяна в управляващото напрежение, има значително увеличение на тока през колектора-емитер. По този начин функционирането на транзисторите в усилвателите се основава.

Тук накратко и цялата същност на работата на транзисторите. Трябва да се изчисли усилвател на мощност на биполярни транзистори за една нощ, или да работят в лабораторията, за да проучи работата на транзистора? Това не е проблем дори за начинаещи, ако поемете помощта на нашите специалисти по обслужване на студенти.

Не се колебайте да потърсите професионална помощ по такива важни въпроси като проучване! И сега, когато вече имате представа за транзистори, предлагаме да се отпуснете и да гледате клипа на групата Korn "Twisted transistor"! Например, вие решавате да си купите отчет за практиката, свържете се с Кореспондента.

Транзисторен ефект

След като започнахме да изучаваме биполярни транзистори, започнаха да се появяват много съобщения. Най-често срещаните въпроси звучат така:

Ако транзисторът се състои от два диода, тогава защо не просто да използвате два диода и да ги направи прост транзистор?

Защо електрически ток протича от колектора към емитер (или обратно), когато транзистор е съставен от две диоди, които са свързани или катоди и аноди? В края на краищата, токът ще тече само чрез диод, който е включен в посока напред, през друг не може да тече, в края на краищата?

Но след цялата си истина... Всичко е логично... Но нещо ми се струва, че някъде има улов ;-). И тук е мястото, където ще разгледаме тази "жарка" в тази статия...

Така че, както си спомняте от предишните статии, всеки биполярен транзистор, да речем, се състои от два диода. За транзистор PNP

еквивалентната схема изглежда така:

И за транзистора NPN

И какво е мъдро? Нека да имаме просто преживяване!

Имаме всички наши любими съветски транзистори KT815B. Това е проводимост на силициевия транзистор NPN:

Ние събираме проста схема с OE (General Emitter), за да покажем някои свойства. Този опит, който показах в предишните статии. Но както се казва, повторението е майката на ученето.

За да демонстрираме опита, се нуждаем от крушка с нажежаема жичка с ниска мощност и няколко енергоблока. Ние събираме всичко това тук според тази схема:

където ние Bat1 - това е захранването, че сме преминали между основата и емитер и Bat2 - захранване, че сме преминали между колектора и емитера, а освен това има постоянно се е вкопчил в лампа.

Всичко това изглежда така:

Тъй като електрическата крушка обикновено блести при напрежение от 5 V, при Bat 2 също така задам 5 V.

На Бат 1, постепенно увеличаваме напрежението... и при напрежение 0.6 V

ние имаме крушка, така че нашият транзистор "отвори"

Както казах, ние описахме този опит в предишни статии.

Но тъй като транзисторът се състои от диоди, защо не вземаме два диода и ги "направим" транзистор? Веднага каза, отколкото да се направи. Събираме еквивалентната схема на транзистора KT815B от два диода от марка 1N4007.

На фигурата по-долу очертах заключенията на диодите, като анода и катода, и очертах заключенията на "транзистора".

Събираме всичко това в съответствие със същата схема:

Тъй като нашата транзистор KT815B бяха силиций и силициеви диоди 1N4007 също идеята на транзистора от диоди трябва да се отвори при напрежение 0,6-0,7 V. Добавяне Bat1 напрежение 0,7 V...

Неа, светлината е изключена ((

Ако обърнете внимание на захранването Bat1, можете да видите, че консумацията при 0.7 V е вече 0.14 A.

Просто казано, ако имахме малко повече напрежение, диодът "base-emitter" ще бъде изгорен, ако, разбира се, ние си спомняме Volt-амперната характеристика на диода.

Но защо, какъв е въпросът? Защо KT815B транзистор, който по същество се състои от същите силициеви диоди минава през колектор-емитер напрежение електрически ток, и два диода, заварени и не работят като един транзистор? Къде е кучето погребано?

Знаете ли как са разположени тези "диоди" в транзистора? Ако вземем предвид, че N полупроводник е хляб, а тънкият слой шунка е P полупроводник, тогава в транзистора те са разположени приблизително така (не гледаме салата):

Целият трик е, че в основата на транзистора е много тънка в ширина, като този шунка и колектора и емитера на ширината на тези половини на хляб (малко преувеличава, разбира се, те са малко по-малко), така че на транзистора, като че ли е готино звуци, се държи :-) като транзистор, т.е. тя се отваря и преминава ток през колектор-емитер напрежение.

Поради факта, че основата е много тънка по ширина, това означава, че две П-Н кръстовища са много близо една до друга и има взаимодействие между тях. Това взаимодействие се нарича транзисторен ефект. И какво може да бъде транзистор ефект между диоди, които имат разстояние между две P-N възли, както преди Луната?

Как се държат електроните и дупките, мисля, че няма смисъл да се казва).

PS. Никога не обичаше или разбираше движението на тези дупки и електрони в сложни полупроводникови устройства. Основното нещо, което работи, останалото на барабана).

Е, тогава? Ако имате някакви въпроси, моля не се колебайте да попитате. Е, ако не, след това преминете към следващата спираща дъха тема - как да подсилите транзисторите...

Производство на транзистор от собствените си ръце

Тази статия ще бъде от интерес преди всичко на онези, които обичат и знаят как да правят. Разбира се, можете да си купите различни готови устройства и устройства, включително слънчеви фотоволтаични продукти в колекция или в насипно състояние. Но за занаятчиите е много по-интересно да създават свои собствени устройства, които не са подобни на други, но притежават уникални свойства. Например, транзистори на ръцете си, могат да бъдат произведени слънчева батерия, различни устройства като светлинен сензор или зарядно ниска мощност може да се монтира на базата на слънчевата батерия.

Събираме слънчевата батерия

В индустриалните хелиеви модули, силицийът се използва като елемент, който превръща слънчевата светлина в електричество. Естествено, този материал претърпя подходяща преработка, която трансформира естествения елемент в кристален полупроводник. Този кристал се нарязва на най-тънките пластини, които след това служат като основа за сглобяване на големи слънчеви модули. Същият материал се използва и при производството на полупроводникови устройства. Ето защо по принцип достатъчен брой силициеви транзистори могат да произвеждат слънчева батерия.

За производството на хелиева батерия най-добре е да използвате стари мощни устройства, означени с "P" или "CT". Колкото по-мощен е транзисторът, толкова по-голяма е площта на силиконовия кристал и следователно колкото по-голяма е площта, ще има фотоклетка. Желателно е те да са работници, в противен случай използването им може да стане проблематично. Можете, разбира се, да се опитате да използвате повредени транзистори. Но в този случай, всеки от тях трябва да бъде проверен за късо съединение в един от двата прехода: излъчвател - база или колектор - база.

Вещество, което се използва структура транзистори (р-п-р или п-р-н), зависи от полярността на батерията произведени. Например, KT819 има п-р-п структура, така че положителен ( "+") продукция е базовия извод и отрицателния ( "-") - емитер и колектор терминали. Един тип транзистори P201, P416, имат следната структура на р-п-р, така че те отрицателен ( "-") ще доведе до базовия извод и положителния ( "+") - емитер и колектор терминали. Ако вземем като photoconverter вътрешните P201 - P203, а след това в добра светлина, можете да получите на изходния ток от свобода до три милиампера при напрежение 1,5 волта.

След като сте избрали типа и сте събрали достатъчен брой транзистори, например P201 или P416, можете да започнете да правите слънчева батерия. За да направите това, на пробивната машина, фланейте транзисторите и свалете горната част на корпуса. След това трябва да проведете рутинна, но необходима операция, за да проверите всички транзистори за това дали са подходящи като фотоклетки. За да направите това, използвайте цифров мултицет, като го настройвате на милиамперационен режим с обхват на измерване до 20 милиампера. Свързваме "плюс" сондата към колектора на тествания транзистор и "отрицателната" сонда към основата.

Ако осветлението е достатъчно добро, мултиметърът ще покаже текущата стойност в диапазона от 0.15 до 0.3 милиампери. Ако текущата стойност е под минималната стойност, тогава този транзистор е по-добре да не се използва. След като проверите тока, проверете напрежението. Без да изваждате сондите от щифтовете, мултиметърът трябва да се превключи на измерване на напрежението в диапазона до един волта. При едно и също осветление устройството трябва да показва напрежение, равно на приблизително 0,3 волта. Ако стойностите на тока и напрежението съответстват на дадените стойности, транзисторът е подходящ за използване като фотоклетка в слънчевата батерия.

Диаграма на свързване на транзистори със слънчева батерия

Ако е възможно, тогава можете да опитате да изберете транзистори с максимална производителност. Някои транзистори по отношение на местоположението на терминалите за монтаж на батерията може да са по-удобни за преминаване на базовия емитер. Тогава продукцията на колектора остава свободна. И последната забележка, която трябва да се има предвид при производството на хелиева батерия от транзистори. При сглобяването на батерията трябва да се грижи за разсейване на топлина, тъй като топлината на кристала на полупроводници, температура от около + 25 ° С, във всяка следваща степен губи около 0.5% от първоначалната напрежение.

Транзистори П203Э с радиатори за охлаждане

През летния слънчев ден силиконовият кристал може да се загрее до температура от + 80 ° С. При такава висока температура всеки елемент, който е част от хелиевата батерия, може да загуби средно 0,085 волта. По този начин ефективността на такава самопроизведена батерия ще бъде значително намалена. Именно за да се сведат до минимум загубите и е необходим радиатор.

Конвенционален транзистор като елемент на слънчевата фотоволтаика

В допълнение, конвенционалният транзистор може лесно да се превърне в фотоелектричен преобразувател, с малко въображение може да се използва в други полезни схеми, използващи фотоелектричните свойства на полупроводниковата. А обхватът на тези свойства може да бъде най-неочакван. И използвайте модифициран транзистор в две версии - в режима на слънчевата батерия и в режима на фототранзистора. При режима на слънчевата батерия с два извода (базов колектор или излъчвател на базата) без никакви изменения, електрическият сигнал, получен от полупроводника, се осветява, когато е осветен.

Фототранзисторът е полупроводниково устройство, което реагира на светлинния поток и работи във всички диапазони на спектъра. Това устройство преобразува излъчването в електрически DC сигнал, като същевременно го усилва. Токът на фототранзисторния колектор зависи от радиационната мощност. Колкото по-интензивно е осветена областта на фототранзисторната база, толкова по-голям става токът на колектора.

От конвенционален транзистор можете да направите не само фотоклетка, която превръща светлинната енергия в електрическа енергия. Конвенционалният транзистор може лесно да се превърне в фототранзистор и да използва своята нова функционалност в бъдеще. Почти всички транзистори са подходящи за такава модификация. Например серията MP. Ако завъртим транзистора нагоре, ще видим, че проводникът на основата е запоен директно към транзисторната кутия, а клемите на емитер и колектора са изолирани и навътре. Електродите на транзистора са разположени в триъгълник. Ако завъртите транзистора така, че върхът на този триъгълник - основата - да се обърне към вас, тогава колекторът ще бъде отляво, а емитерът отдясно.

Транзисторен корпус, страна на емитер

Сега е необходимо внимателно да завъртите корпуса на транзистора от страната на емитер към проходния отвор. Фототранзисторът е готов за работа. Подобно на фотоклетка от транзистор, самостоятелно направен фототранзистор може да се използва в различни схеми, които реагират на светлината. Например, в светлинните сензори, които контролират включването и изключването например на външно осветление.

Схемата на най-простия сензор за светлина

Двата вида транзистори могат да се използват в системи за следене на слънчевата енергия, за да се контролира въртенето на слънчевите клетки. Слаб сигнал от тези транзистори просто просто се усилва, например, от комбиниран транзистор на Дарлингтън, който на свой ред вече може да контролира силовите релета.

Примери за използването на такива домашни продукти могат да бъдат дадени много. Обхватът на приложението им е ограничен само от въображението и опита на лицето, което е извършило подобна работа. Мигащи гирлянди от косми, дървета в стаята, контрол на осветлението на вилата... Това може да се направи само на ръка.