Большая Советская Энциклопедия (ТР) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 16

  Соч.: Marcus Thrane og thraniterbeve-gelsen, Oslo, [1949].

  Лит.: Nissen В. A., Thrane, в кн.: Norsk biografisk leksikon, bd 16, Oslo, 1949; Björklund O., Marcus Thrane, [Oslo], 1951.

  А. С. Кан.

Транзи'стор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление), электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретён в 1948 У. Шокли , У. Браттейном и Дж. Бардином (Нобелевская премия, 1956). Т. составляют два основных крупных класса: униполярные Т. и биполярные Т.

  В униполярных Т. протекание тока через кристалл обусловлено носителями заряда только одного знака — электронами или дырками (см. Полупроводники ). Подробно об униполярных Т. см. в ст. Полевой транзистор .

  В биполярных Т. (которые обычно называют просто Т.) ток через кристалл обусловлен движением носителей заряда обоих знаков. Такой Т. представляет собой (рис. 1 ) монокристаллическую полупроводниковую пластину, в которой с помощью особых технологических приёмов созданы 3 области с разной проводимостью: дырочной (p ) и электронной (n ). В зависимости от порядка их чередования различают Т. p—n—p -типа и n—p—n -типа. Средняя область (её обычно делают очень тонкой) — порядка нескольких мкм , называется базой, две другие — эмиттером и коллектором. База отделена от эмиттера и коллектора электронно-дырочными переходами (р—n -переходами): эмиттерным (ЭП) и коллекторным (КП). От базы, эмиттера и коллектора сделаны металлические выводы.

  Рассмотрим физические процессы, происходящие в Т., на примере Т. n—p—n -типа (рис. 1 , а). К ЭП прикладывают напряжение U_бэ , которое понижает потенциальный барьер перехода и тем самым уменьшает его сопротивление электрическому току (то есть ЭП включают в направлении пропускания электрического тока, или в прямом направлении), а к КП — напряжение U_kб , повышающее потенциальный барьер перехода и увеличивающее его сопротивление (КП включают в направлении запирания или в обратном направлении). Под действием напряжения U_бэ через ЭП течёт ток i_э , который обусловлен главным образом перемещением (инжекцией) электронов из эмиттера в базу. Проникая сквозь базу в область КП, электроны захватываются его полем и втягиваются в коллектор. При этом через КП течёт коллекторный ток i_k . Однако не все инжектированные электроны достигают КП: часть их по пути рекомбинирует с основными носителями в базе — дырками (число рекомбинировавших электронов тем меньше, чем меньше толщина базы и концентрация дырок в ней). Так как в установившемся режиме количество дырок в базе постоянно, то это означает, что часть электронов уходит из базы в цепь ЭП, образуя ток базы i_б таким образом, i_э = i_k + i_б . Обычно i_б << i_k , поэтому i_k » i_э и Di_k » Di_э . Величина a = Di_k /Di_э называется коэффициентом передачи тока (иногда — коэффициентом усиления по току), зависит от толщины базы и параметров полупроводникового материала базы и для большинства Т. близка к 1. Всякое изменение U_бэ вызывает изменение i_э (в соответствии с вольтамперной характеристикой p—n -перехода) и, следовательно, i_k . Сопротивление КП велико, поэтому сопротивление нагрузки R_н в цепи КП можно выбрать достаточно большим, и тогда Di_k будет вызывать значительные изменение напряжения на нём. В результате на R_н можно получать электрические сигналы, мощность которых будет во много раз превосходить мощность, затраченную в цепи ЭП. Подобные же физические процессы происходят и в Т. р —n —p-типа (рис. 1 , б), но в нём электроны и дырки меняются ролями, а полярности приложенных напряжений должны быть изменены на обратные. Эмиттер в Т. может выполнять функции коллектора, а коллектор — эмиттера (в симметричных Т.), для этого достаточно изменить полярность соответствующих напряжений.

  В соответствии с механизмом переноса не основных носителей через базу различают бездрейфовые Т., в базе которых ускоряющее электрическое поле отсутствует и заряды переносятся от эмиттера к коллектору за счёт диффузии, и дрейфовые Т., в которых действуют одновременно два механизма переноса зарядов в базе: их диффузия и дрейф в электрическом поле. По электрическим характеристикам и областям применения различают Т. маломощные малошумящие (используются во входных цепях радиоэлектронных усилительных устройств), импульсные (в импульсных электронных системах), мощные генераторные (в радиопередающих устройствах), ключевые (в системах автоматического регулирования в качестве электронных ключей), фототранзисторы (в устройствах, преобразующих световые сигналы в электрические с одновременным усилением последних) и специальные. Различают также низкочастотные Т. (в основном для работы в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот), высокочастотные (до 300 Мгц ) и сверхвысокочастотные (свыше 300 Мгц ).

  В качестве полупроводниковых материалов для изготовления Т. используют преимущественно германий и кремний . В соответствии с технологией получения в кристалле зон с различными типами проводимости (см. Полупроводниковая электроника ) Т. делят на сплавные, диффузионные, конверсионные, сплавно-диффузионные, мезатранзисторы, эпитаксиальные, планарные (см. Планарная технология ) и планарно-эпитаксиальные. По конструктивному исполнению Т. подразделяются на Т. в герметичных металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах и бескорпусные (рис. 2а, 2б, 2в ); последние имеют временную защиту кристалла от воздействия внешней среды (тонкий слой лака, смолы, легкоплавкого стекла) и герметизируются совместно с устройством, в котором их устанавливают. Наибольшее распространение получили планарные и планарно-эпитаксиальные кремниевые Т.

  С изобретением Т. наступил период миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры на базе достижений быстро развивающейся полупроводниковой электроники. По сравнению с радиоэлектронной аппаратурой первого поколения (на электронных лампах ) аналогичная по назначению радиоэлектронная аппаратура второго поколения (на полупроводниковых приборах, в том числе на Т.) имеет в десятки и сотни раз меньшие габариты и массу, более высокую надёжность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность. Размеры полупроводникового элемента современного Т. весьма малы: даже в самых мощных Т. площадь кристалла не превышает нескольких мм² . Надёжность работы Т. (определяется по среднему статистическому времени наработки на один отказ) характеризуется значениями ~10⁵ч , достигая в отдельных случаях 10⁶ч . В отличие от электронных ламп Т. могут работать при низких напряжениях источников питания (до нескольких десятых долей в ), потребляя при этом токи в несколько мка . Мощные Т. работают при напряжениях 10—30 в и токах до нескольких десятков а , отдавая в нагрузку мощность до 100 вт и более.

  Верхний предел диапазона частот усиливаемых Т. сигналов достигает 10 Ггц , что соответствует длине волны электромагнитных колебаний 3 см . По шумовым характеристикам в области низких частот Т. успешно конкурируют с малошумящими электрометрическими лампами . В области частот до 1 Ггц Т. обеспечивают значение коэффициента шума не свыше 1,5—3,0 дб . На более высоких частотах коэффициент шума возрастает, достигая 6—10 дб на частотах 6—10 Ггц .