7.3 Транзистор

Активный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три электрода, и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, называется транзистором.

Смысл этого названия заключается в том, что можно управлять током одной цепи (выходной) с помощью тока, протекающего в другой цепи (входной).

Основным типом биполярного транзистора, ток в котором обусловлен движением зарядов обоих знаков, является транзистор с двумя р—n переходами. (В полевом транзисторе ток обусловлен только электронами или дырками.) Полупроводниковый кристалл разделен гонкой областью с противоположным типом проводимости. В зависимости от проводимости этих трех областей могут быть транзисторы структуры р-n-р и n-р-n типа.

Рис.30 . Схемы n-р-n- и р-n-р - транзисторов

Средняя область называется базой, крайние области - эмиттером и коллектором. Схематическое изображение транзистора приведено на рис

Рис.31 . Условные обозначения транзисторов в электрических схемах

Эмиттерным называется р-n переход, предназначенный для вбрасывания (инжекции) неосновных носителей зарядов через этот переход в область базы.

При разомкнутой цепи эмиттера, ток в цепи коллектора мал, т.к. сопротивление р-nперехода в обратном направлении большое. При замыкании цепи эмиттера основные носители заряда эмиттера – дырки – переходят в базу и создают ток в этой цепи. Из базы значительная часть дырок проникает в коллектор (переход для них прямой) и создает ток в цепи коллектора.

Транзисторы предназначаются в основном для усиления токов, хотя в зависимости от полярности напряжений на переходах транзистора они могут выполнять функции переключателей, прерывателей и др.

Всякое изменение тока (напряжения) в цепи эмиттера будет вызывать изменение тока (напряжения) в цепи коллектора. Изменение напряжения на нагрузочном сопротивлении в цепи коллектора можно сделать гораздо больше, чем вызывающее его изменение напряжение в цепи эмиттера, т.е. получить усиление. Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, в цепи коллектора мы получим переменный ток, а на нагрузочном сопротивлении - переменное напряжение. Мощность переменного тока, выделяемая в нагрузочном сопротивлении, может быть намного больше мощности, расходуемой в цепи эмиттера, т.е. получается усиление мощности, т. к. при одинаковой силе тока в эмиттере и коллекторе напряжения на них пропорциональны сопротивлениям.

Вследствие того, что транзистор является трехэлектродным прибором, один из его электродов является общим для входной и выходной цепи. Поэтому возможны три способа включения транзистора в электрическую цепь.

Рис.32 . Способы включения транзистора в электрическую цепь с общим: эмиттером, базой и коллектором

7.4 Ток в газах

Прохождение тока через газы называется газовым разрядом.Если носители тока в газах образуются за счет внешних воздействий, не связанных с наличием электрического поля, то это несамостоятельный разряд – нагрев газа (термическая ионизация), ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, радиоактивное излучение. Если носители тока образуются за счет процессов, созданных в газе электрическим полем –самостоятельный разряд.

Несамостоятельный разряд. В результате ионизации образуется определенное число положительных ионов и электронов. При низких напряжениях в газоразрядной трубке возникает ток, но часть ионов рекомбинирует с электронами и создает нейтральные молекулы (по мере роста напряжения и силы тока). Наступает момент, когда все ионы и электроны достигают катода и анода соответственно – ток достигает насыщения.

Рис.33 - Вольтамперная характеристика несамостоятельного газового разряда

Самостоятельный разряд. Будем увеличивать напряжение. С какого-то момента сила тока опять будет возрастать. Ионизация происходит не за счет внешнего ионизатора, а за счет электронного удара.

(m v²) / 2 = e U  A,

А– работа по ионизации свободного атома. Возникает электронная лавина. Для поддержания тока нужна эмиссия электронов с катода. Эмиссия возможна за счет ударов ионов о катод и за счет его нагревания.

Типы самостоятельного разряда.

а) тлеющий разряд(при низких давлениях).

U  1000 В. Р  50 мм. рт. ст.

Рис.34

1 – Астоново темное пространство.

2 – Светящаяся катодная пленка.

Катодное темное пространство.

Тлеющее свечение.

Темное фарадеево пространство.

Положительный столб.

В области 1 выбитые электроны ускоряются и начинают в области 2 возбуждать молекулы газа. Те электроны, что пролетели 2 область без столкновений, еще ускоряются и начинают ионизировать газ, т.е. уменьшается свечение, но увеличивается концентрация носителей: ионы вначале имеют малую скорость, но в области 3 ускоряются. После 3 области концентрация носителей увеличивается (плазма) рекомбинация частичнаясвечение. Между 4 и 5 областями поля почти нет, но в фарадеево пространство ионы и электроны проникают за счет диффузии. С уменьшением концентрации падает вероятность рекомбинациифарадеево пространство темное. В фарадеевом пространстве уже есть поле и электроны постепенно накапливают энергию.

Положительный столб – газоразрядная плазма – светится за счет перехода возбужденных молекул в основное состояние.

б) дуговой разряд. Если соединить угольные электроды и пропустить ток, то вместе контакта из-за большого сопротивления выделяется тепло (термоэлектронная эмиссия). При раздвижении стержней начинается разряд. Между углями возникает ярко светящийся изогнутый столб газа – электрическая дуга.

в) при атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводника наблюдается газовый разряд, напоминающий корону – коронный разряд.Вызван высокой напряженностью поля. Происходит ионизация электронным ударом при атмосферном давлении.

г) искровой разряд.Происходит в воздухе при большом напряжении – молния. Сила тока достигает величину500000 А. U = 10⁹ В.

Плазма– это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов совпадают – четвертое состояние вещества.