Радио и телевидение?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 39

Л. — Эти два резистора образуют делитель напряжения. Следовательно, их общая точка обладает меньшим потенциалом, чем вся батарея. Таким образом, база транзистора, соединенная с этой общей точкой (через источник переменного напряжения), оказывается заряженной отрицательно по отношению к эмиттеру, который непосредственно соединен с положительным полюсом батареи.

Н. — Совсем не глупо! Так можно обойтись без батареи, служившей для подачи смещения на базу. А какое сопротивление должны иметь резисторы, образующие делитель напряжения?

Л. — Необходимо получить смещение, достаточное для того, чтобы рабочая точка на характеристике, показывающей изменение тока коллектора I_к в зависимости от потенциала базы U_{э. б}, находилась в правой части и достаточно далеко от нижнего изгиба, чтобы изменения напряжения, приложенного между эмиттером и базой, не достигали этого участка кривой. Таким образом предотвращают возникновение искажений.

На практике смещение должно представлять собой небольшую часть напряжения батареи. Поэтому резистор R₁ имеет сопротивление всего несколько ом, тогда как резистор R₂ должен иметь сопротивление, в 30–50 раз большее.

Входное и выходное сопротивления

Н. — Сходство между транзистором и лампой-триодом еще большее, нежели я думал. В лампе-триоде смещение на сетке осуществляется падением напряжения на резисторе. Здесь смещение на базе также получается благодаря падению напряжения на резисторе R₁.

Л. — Мне надлежит предостеречь тебя от некоторого преувеличений в отношении их сходства. Между вакуумной лампой и транзистором есть и немало очень важных различий. Прежде всего вспомни о существовании тока, идущего от эмиттера к базе внутри транзистора и возвращающегося по внешней цепи к эмиттеру, как это происходит в транзисторах типа n-р-n, или идущего в обратном направлении в транзисторах типа р-n-р. В обоих случаях ток базы не превышает несколько сотен микроампер. Это означает, что…

Н. — …этим транзистор отличается от лампы-триода, в которой не должно быть сеточного тока. Смещение на сетку подается как раз для того, чтобы предотвратить полностью возникновение этого тока.

Л. — Пойми, Незнайкин, что для порождения тока базы приложенный на вход переменный ток должен израсходовать некоторую мощность. А она, как ты помнишь, есть произведение напряжения на ток.

Н. — Я думаю о другом аспекте этого явления. Раз напряжение, приложенное между базой и эмиттером, порождает ток, значит, с помощью закона Ома можно рассчитать сопротивление входа транзистора.

Л. — Действительно. И таким способом можно убедиться, что входное сопротивление составляет всего лишь несколько сотен ом. Ты видишь, насколько транзистор отличается от вакуумного триода и других усилительных ламп, где вход имеет бесконечно большое сопротивление, в связи с чем сеточный ток отсутствует.

Н. — А какое сопротивление имеет транзистор между эмиттером и коллектором?

Л. — Это сопротивление следует рассматривать как выходное. Оно составляет несколько килоом.

Н. — Я думаю, что сопротивление нагрузочного резистора, включенного в цепь коллектора, определяется с учетом выходного сопротивления транзистора.

Л. — Само собой разумеется. Его не следует делать слишком высоким, чтобы переменное напряжение, возникающее между его выводами, своими пиками не изменяло на обратную полярность потенциала, приложенного к коллектору.

Н. — Я начинаю спрашивать себя, Любознайкин, не сложнее ли использовать транзисторы, чем лампы?

Л. — Нет, успокойся. Об этом мы поговорим во время нашей следующей встречи. На сегодня, мне кажется, я уже достаточно насытил твой мозг. Поэтому давай прервем нашу беседу.

Комментарий профессора Радиоля

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ

Как делают транзисторы разных типов?.. Каким образом очищают полупроводники и придают им монокристаллическую структуру?.. Какие способы позволяют ввести в полупроводник примеси положительного и отрицательного типов?.. Как в заводских условиях производят обычные транзисторы, мезатранзисторы и планарные?.. Какие сложные дилеммы ставит форма базы в транзисторах для усиления ВЧ?.. Все эти вопросы рассматриваются здесь профессором Радиолем.

Я с интересом прослушал вашу беседу о транзисторах и с удовлетворением отмечаю, что Любознайкин объяснил тебе все основные понятия, относящиеся к этим активным компонентам, которые за немногие годы успешно заменили вакуумные лампы в большинстве видов электронной аппаратуры.

Ты хорошо понял, Незнайкин, что слабые переменные токи, приложенные между базой и эмиттером, определяют ток базы, который в свою очередь вызывает ток коллектора. Можно сказать, что коэффициент усиления транзистора определяется отношением изменения тока коллектора к вызвавшему его изменению тока базы.

Очистка полупроводников

Я думаю, что ты хотел бы знать, какие типы транзисторов существуют и как их делают. Поэтому я попытаюсь описать тебе основные характеристики транзисторов и технологию их изготовления.

Транзисторы изготовляют из германия или кремния, причем в начале производственного цикла нужно иметь очень чистый полупроводник, обладающий безукоризненной кристаллической структурой.

Для устранения примесей применяют метод нагрева, носящий название зонной плавки. Полупроводниковый стержень кладут в кварцевый тигель и нагревают до тех пор, пока узкая зона стержня не расплавится. Затем эту расплавленную зону медленно передвигают от одного конца полупроводникового стержня к другому. Что здесь происходит? Примеси стремятся остаться в расплавленной части. Перемещая эту зону от одного конца стержня к другому, мы собираем примеси в одном конце и хорошо очищаем от них остальную часть стержня. После этого конец стержня, в котором собрались примеси, отрезают, а в хорошо очищенной части остается не более одного атома примесей на сто миллионов атомов полупроводника.

Высокочастотный нагрев

Ты, может быть, хочешь знать, как удается нагреть полупроводник узкой зоной, в которой температура достигает 940 °C при очистке германия и 1420 °C при очистке кремния? В этом случае на помощь призывают электронику. Расплавляемую зону вместе с тиглем помещают в катушку, по которой протекает сильный ток высокой частоты. Этот ток наводит в массе полупроводника токи, которые сильно его разогревают. Катушку медленно перемещают вдоль тигля, что вызывает соответствующее перемещение расплавленной зоны (рис. 132).

Рис. 132. Очистка полупроводника методом зонной плавки.

Нагрев магнитным полем, наведенным токами высокой частоты и в свою очередь порождающим токи в массе полупроводника, кординально отличается от нагрева с помощью пламени. Нагрев пламенем повышает температуру поверхности тела, а уже с поверхности благодаря тепловой проводимости калорий проникают в глубь тела. При высокочастотном же нагреве тепло сразу охватывает всю массу нагреваемого тела.