Bagaimanakah transistor pelbagai jenis dibuat?.. Bagaimanakah semikonduktor ditulenkan dan diberi struktur monohablur?.. Apakah kaedah yang memungkinkan untuk memasukkan bendasing positif dan negatif ke dalam semikonduktor?.. Bagaimanakah transistor konvensional, mesatransistor dan satah dihasilkan dalam sebuah kilang?.. Yang manakah kompleks? adakah bentuk tapak dalam transistor untuk amplifikasi HF menimbulkan dilema?.. Semua isu ini dipertimbangkan di sini oleh Profesor Radiol.

Saya mendengar dengan penuh minat perbualan anda tentang transistor dan gembira untuk ambil perhatian bahawa Lyuboznaykin menerangkan kepada anda semua konsep asas yang berkaitan dengan komponen aktif ini, yang dalam beberapa tahun telah berjaya menggantikan tiub vakum dalam kebanyakan jenis peralatan elektronik.

Anda faham, Neznaykin, yang lemah arus ulang alik, digunakan di antara tapak dan pemancar, tentukan arus asas, yang seterusnya menyebabkan arus pengumpul. Kita boleh mengatakan bahawa keuntungan transistor ditentukan oleh nisbah perubahan arus pengumpul kepada perubahan arus asas yang menyebabkannya.

Pembersihan Semikonduktor

Saya fikir anda ingin mengetahui jenis transistor yang wujud dan bagaimana ia dibuat. Oleh itu, saya akan cuba menerangkan kepada anda ciri-ciri utama transistor dan teknologi pembuatannya.

Transistor diperbuat daripada germanium atau silikon, dan pada permulaan kitaran pengeluaran anda perlu mempunyai semikonduktor yang sangat tulen dengan struktur kristal yang sempurna.

Untuk menghapuskan kekotoran, kaedah pemanasan yang dipanggil zon lebur digunakan. Rod semikonduktor diletakkan di dalam mangkuk kuarza dan dipanaskan sehingga zon sempit rod cair. Zon lebur ini kemudiannya dialihkan perlahan-lahan dari satu hujung rod semikonduktor ke hujung yang lain. Apa yang berlaku di sini? Kekotoran cenderung kekal di bahagian cair. Dengan mengalihkan zon ini dari satu hujung rod ke hujung yang lain, kami mengumpul kekotoran pada satu hujung dan membersihkan seluruh rod daripadanya dengan teliti. Selepas ini, hujung batang di mana kekotoran telah terkumpul dipotong, dan dalam bahagian yang dibersihkan dengan baik tidak lebih daripada satu atom kekotoran kekal setiap seratus juta atom semikonduktor.

Pemanasan frekuensi tinggi

Anda mungkin ingin tahu bagaimana mungkin untuk memanaskan semikonduktor dengan zon sempit di mana suhu mencapai semasa menulenkan germanium dan apabila menulenkan silikon? Dalam kes ini, elektronik dipanggil untuk menyelamatkan. Zon cair, bersama-sama dengan pijar, diletakkan dalam gegelung di mana arus frekuensi tinggi yang kuat mengalir. Arus ini mendorong arus dalam jisim semikonduktor yang sangat memanaskannya. Gegelung digerakkan perlahan-lahan di sepanjang pijar, yang menyebabkan pergerakan zon lebur yang sepadan (Rajah 132).

Pemanasan oleh medan magnet yang disebabkan oleh arus frekuensi tinggi dan seterusnya menghasilkan arus dalam jisim semikonduktor pada asasnya berbeza daripada pemanasan dengan nyalaan.

Pemanasan dengan nyalaan meningkatkan suhu permukaan badan, dan dari permukaan, terima kasih kepada kekonduksian terma, kalori menembusi jauh ke dalam badan. Dengan pemanasan frekuensi tinggi, haba serta-merta meliputi seluruh jisim badan yang dipanaskan.

Saya akan menambah bahawa kaedah ini juga boleh digunakan untuk memanaskan dielektrik, tetapi kemudian medan elektrik (bukan magnet) dicipta dalam badan yang dipanaskan. Untuk melakukan ini, badan yang dipanaskan diletakkan di antara plat kapasitor, yang mana voltan HF digunakan. Kaedah ini digunakan dalam perubatan, di mana ia dipanggil diathermy frekuensi tinggi.

nasi. 132. Penucian semikonduktor menggunakan kaedah lebur zon.

nasi. 133. Susunan tiga unsur yang membentuk transistor.

Mendapatkan kristal tunggal

Marilah kita kembali, bagaimanapun, kepada semikonduktor. Kini setelah dibersihkan dengan baik, mereka perlu diberi struktur kristal yang rapi. Faktanya ialah biasanya semikonduktor terdiri daripada sebilangan besar kristal yang disusun secara rawak. Koleksi kristal sedemikian mesti diubah menjadi satu kristal tunggal dengan struktur kristal yang sangat seragam sepanjang keseluruhan jisim.

Untuk melakukan ini, keseluruhan semikonduktor mesti dicairkan semula; operasi ini juga dilakukan dengan bantuan arus RF yang mengalir melalui gegelung. Hablur kecil dimasukkan ke dalam leburan, berfungsi sebagai benih untuk penghabluran sempurna seluruh jisim, dan jumlah kekotoran n atau p yang diperlukan, bergantung pada jenis transistor masa hadapan.

Selepas penyejukan, kristal tunggal seberat beberapa kilogram diperolehi. Kemudian ia perlu dipotong menjadi sejumlah besar kepingan kecil, setiap satunya akan bertukar menjadi transistor. Dengan pengecualian kosong untuk transistor berkuasa tinggi, kepingan ini adalah kira-kira 2 mm panjang dan lebar dan beberapa persepuluh milimeter dalam ketebalan.

Gabungan

Di sini kita mempunyai tempat kosong untuk pangkalan. Bagaimana untuk membuat transistor daripada mereka? Anda boleh meneka dengan mudah bahawa untuk perkara ini berlaku, pada kedua-dua belah tapak anda perlu mempunyai kekotoran jenis yang bertentangan dengan kandungan asas.

Terdapat beberapa cara untuk menyelesaikan tugas ini. Jika asas diperbuat daripada germanium jenis p, maka pada kedua-dua belah ia boleh diletakkan tablet kecil indium, yang merupakan kekotoran jenis n. Mari kita panaskan semuanya sehingga suhu di mana indium mula cair; germanium manium, seperti yang telah saya beritahu anda, bertukar menjadi cecair hanya apabila dipanaskan hingga 940°C.

Atom indium tertanam dalam germanium; penembusan ini dipermudahkan oleh pergerakan haba.

Oleh itu, pemancar terbentuk pada satu sisi tapak, dan pengumpul di sebelah yang lain (Rajah 133). Yang terakhir mesti mempunyai isipadu yang lebih besar daripada pemancar, kerana arus menghilangkan lebih banyak kuasa padanya. Sudah semestinya wayar plumbum mesti dipateri pada setiap tiga elektrod ini.

Resapan dan elektrolisis

Kaedah membentuk pemancar dan pengumpul yang baru saya terangkan digunakan dalam penghasilan transistor Aloi. Tetapi pemancar dan pengumpul juga boleh dibuat menggunakan kaedah penyebaran. Untuk melakukan ini, semikonduktor dipanaskan pada suhu yang hampir dengan takat leburnya dan diletakkan dalam suasana gas neutral yang mengandungi wap dopan yang bertujuan untuk membentuk pemancar dan pengumpul. Atom kekotoran mudah menembusi ke dalam semikonduktor. Bergantung pada dos wap kekotoran dan tempoh operasi, kedalaman penembusan mungkin lebih besar atau kurang. Ini menentukan ketebalan asas.

Kaedah penyebaran sangat sesuai untuk pengeluaran transistor berkuasa, kerana ia membolehkan pengenalan kekotoran di kawasan yang besar - dengan cara ini adalah mungkin untuk membentuk pemancar dan pengumpul dimensi yang diperlukan, mencukupi untuk laluan arus yang agak besar.

Kaedah resapan adalah serupa dengan kaedah elektrolitik, di mana semikonduktor terdedah kepada aliran cecair yang mengandungi bendasing daripada jenis yang bertentangan.

Seperti yang anda lihat, untuk menghasilkan transistor, bahan digunakan dalam keadaan pepejal - gabungan, dalam keadaan cecair - elektrolisis, dan dalam keadaan gas - resapan.

Transistor yang dicipta oleh salah satu kaedah yang diterangkan diletakkan dalam bekas yang tertutup dan legap supaya cahaya tidak menyebabkan kesan fotoelektrik dalam semikonduktor. Vakum dicipta dalam perumahan atau diisi dengan gas neutral, seperti nitrogen, untuk mengelakkan pengoksidaan germanium atau silikon oleh oksigen atmosfera. Kes untuk transistor berkuasa tinggi dibuat sedemikian rupa sehingga ia boleh menghilangkan haba dan dengan itu menghalang pemanasan berlebihan semikonduktor. Sarung ini ialah sink haba dan bersaiz besar.

Frekuensi tinggi menimbulkan masalah

Transistor frekuensi tinggi tertakluk kepada keperluan mengenai ketebalan tapak.

Jika ketebalannya sangat kecil, maka kapasitansi yang agak tinggi terbentuk antara pemancar dan pengumpul. Kemudian arus RF, bukannya melalui dua persimpangan, melalui terus dari pemancar ke pengumpul, yang merupakan sejenis plat kapasitor.

Sekiranya ketebalan asas ditingkatkan untuk mengurangkan kapasiti yang tidak diingini ini? Anda, Neznaykin, sudah pasti akan mencadangkan penyelesaian ini. Mari kita lihat sejauh mana rasionalnya.

Dengan meningkatkan jarak yang memisahkan pemancar dan pengumpul, anda akan memaksa elektron untuk bergerak lebih banyak antara kedua-dua peralihan. perjalanan jauh. Walau bagaimanapun, dalam semikonduktor, kelajuan pergerakan elektron dan lubang adalah agak rendah: kira-kira . Mari kita anggap bahawa ketebalan tapak adalah OD mm. Untuk melakukan perjalanan ini lebih daripada jarak pendek, elektron memerlukan 2.5 μs.

Ini adalah sama dengan tempoh satu separuh kitaran arus dengan frekuensi yang sepadan dengan gelombang panjang . Seperti yang anda lihat, dengan ketebalan asas sedemikian, hanya arus yang sepadan dengan gelombang panjang boleh dikuatkan.

Itulah sebabnya dalam transistor RF ketebalan asas mesti dibuat dengan ketara lebih kecil. Dengan ketebalan asas 0.001 mm, adalah mungkin untuk menguatkan gelombang dengan panjang sehingga , dan menerima gelombang desimeter, di mana, khususnya, siaran televisyen dijalankan, pangkalan mestilah lebih nipis.

Seperti yang anda dapat lihat, di sini kita berhadapan dengan dua keperluan yang bercanggah: supaya kapasitans pengumpul pemancar tidak terlalu besar, kita perlu meningkatkan ketebalan asas, dan agar elektron melalui pangkalan dengan cukup cepat, ia perlu dibuat setipis mungkin.

Penyelesaian kepada masalah

Bagaimana untuk keluar dari dilema ini? Sangat mudah untuk mengurangkan kapasitansi bukan dengan mengurangkan jarak antara dua plat, yang di sini dimainkan oleh pemancar dan pengumpul, tetapi dengan mengurangkan kawasan mereka di persimpangan sebanyak mungkin.

nasi. 134. Pemprosesan elektrolitik menggunakan aliran cecair.

nasi. 135. Transistor di mana antara tapak dan pengumpul terdapat zon semikonduktor dengan kekonduksian sendiri, yang meningkatkan penguatan pada frekuensi tinggi.

Untuk tujuan ini, kekotoran dimasukkan sedemikian rupa sehingga pemancar dan pengumpul mempunyai bentuk kon, yang puncaknya berpaling ke arah pangkalan. Keputusan ini dicapai, khususnya, dengan merawat kedua-dua belah wafer semikonduktor dengan aliran cecair, yang, di bawah pengaruh voltan, menyebabkan elektrolisis dan dengan itu secara beransur-ansur menarik keluar atom, mewujudkan kawah sebenar dalam semikonduktor. Apabila bahagian bawah ceruk ini cukup rapat antara satu sama lain, arah voltan diubah, dan sejumlah kekotoran yang mencukupi ditambah kepada cecair, yang dimasukkan ke dalam ceruk membentuk pemancar dan pengumpul menggunakan elektrolisis (Rajah 134). ).

Terdapat kategori transistor RF di mana lapisan asas yang menghadap pemancar mengandungi peningkatan jumlah kekotoran, yang meningkatkan kelajuan elektron dan dengan itu memungkinkan untuk menguatkan lebih banyak frekuensi tinggi. Transistor sedemikian dipanggil transistor hanyut; mereka membenarkan anda untuk menguatkan gelombang desimeter.

Anda boleh pergi lebih jauh ke arah ini dengan meletakkan di antara tapak dan pengumpul apa yang dipanggil zon dengan kekonduksiannya sendiri (Gamb. 135). Ia adalah lapisan germanium atau silikon yang sangat tulen dan oleh itu mempunyai kekonduksian yang sederhana. Zon ini memisahkan sangat asas nipis daripada pengumpul, yang mengurangkan kapasiti antara pemancar dan pengumpul dan membolehkan frekuensi yang sangat tinggi dikuatkan.

Transistor dengan struktur mesa

Kaedah lain digunakan untuk menghasilkan transistor yang mampu beroperasi pada frekuensi beberapa ribu megahertz, kerana ia, khususnya, digunakan dalam litar input TV.

Untuk mengeluarkan transistor sedemikian, plat germanium jenis p diambil, yang akan berfungsi sebagai pengumpul. Jalur emas dipateri dengan kukuh pada bahagian bawah plat - keluaran masa hadapan. Bahagian atas plat terdedah kepada wap antimoni. Kotoran jenis-n ini, yang ketumpatannya lebih tinggi di permukaan, membentuk asas. Kemudian, pada sisi plat yang sama, kekotoran jenis-p (biasanya aluminium) diperkenalkan melalui resapan, yang membentuk pemancar. Penyebaran ini dilakukan melalui parut, akibatnya aluminium dimendapkan pada permukaan dalam jalur sempit (Rajah 136, a).

Selepas menyelesaikan operasi ini, titisan lilin kecil digunakan pada permukaan, setiap satunya meliputi satu bahagian bahagian semikonduktor jenis p - pemancar masa depan, dan bahagian lain meliputi bahagian jenis n - tapak masa hadapan (Rajah). 136, b).

nasi. 136. Peringkat berturut-turut pembuatan mesatransistor: a - resapan melalui kekisi bendasing jenis p; b - menggunakan titisan lilin pada permukaan yang membentuk pemancar dan asas; c - rawatan asid dan pembahagian plat kepada transistor individu.

nasi. 137. Peringkat pembuatan transistor mengikut teknologi planar: a - lapisan penebat silikon dioksida digunakan pada lapisan epitaxial; b - "tetingkap" dicipta dalam lapisan penebat yang melaluinya kekotoran jenis p diperkenalkan melalui penyebaran; c - selepas menggunakan lapisan penebat baru, "tetingkap" dengan dimensi yang lebih kecil daripada yang pertama dicipta di dalamnya dan kekotoran jenis-n diperkenalkan melaluinya; d - untuk mengakses kawasan asas dan pemancar, lubang dibuka dan diisi dengan logam, di mana petunjuk kemudian dipateri; d - substrat dipasang pada plat logam, yang berfungsi sebagai output pengumpul.

Seluruh plat kemudiannya dirawat dengan asid, yang mengeluarkan darah dari semua kawasan pemancar dan bes, kecuali kawasan yang dilindungi oleh lilin. Sekarang yang tinggal hanyalah memotong plat kepada seberapa banyak transistor kerana terdapat pemancar dan tapak, membentuk gelongsor kecil yang pelik dengan bahagian atas rata pada pengumpul (Rajah 136, c). Transistor dengan struktur ini mula dipanggil mesa, kerana dalam Amerika Selatan perkataan ini merujuk kepada gunung yang puncaknya rata.

Lapisan epitaxial

Marilah kita turun dari gunung ini ke dataran. Yang saya maksudkan ini adalah teknologi pembuatan transistor planar, yang telah menjadi sangat meluas, kerana ia memungkinkan untuk menyediakan beribu-ribu transistor pada satu kristal dalam satu kitaran teknologi. Transistor ini juga memungkinkan untuk menguatkan frekuensi tinggi dan memperoleh kuasa yang ketara.

Selalunya, transistor sedemikian terbentuk pada lapisan semikonduktor epitaxial. Apa itu?

Pengumpul mesti mempunyai spesifik kecil rintangan elektrik untuk mudah melepasi arus. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk membuatnya daripada semikonduktor dengan kandungan kekotoran yang tinggi. Asas dan pemancar, sebaliknya, sepatutnya mempunyai kekotoran yang jauh lebih sedikit.

Untuk mencipta perbezaan yang diperlukan, semikonduktor yang kaya dengan kekotoran disalut dengan lapisan epitaxial nipis. Untuk melakukan ini, semikonduktor, seperti silikon, dipanaskan dalam atmosfera hidrogen kepada suhu kira-kira seratus darjah di bawah takat leburnya. Kemudian suhu diturunkan sedikit dan semikonduktor secara serentak dimasukkan ke dalam silikon tetraklorida. Yang terakhir terurai, dan lapisan epitaxial dimendapkan pada permukaan semikonduktor, yang terdiri daripada atom silikon yang terletak di susunan yang sempurna kekisi kristal. Ketebalan lapisan ini ialah seperseratus milimeter, dan ketulenannya yang tinggi menentukan kerintangan elektrik yang tinggi.

Pembuatan transistor menggunakan teknologi planar

Bayangkan kita mempunyai wafer silikon yang disalut dengan lapisan epitaxial. Mula-mula, mari kita sapukan lapisan penebat silikon dioksida pada lapisan epitaxial (Rajah 137). Kemudian, dengan menggunakan komposisi kimia yang sesuai, kami akan membuka lubang pada lapisan penebat yang melaluinya kami akan memperkenalkan kekotoran jenis-p, contohnya boron, ke dalam lapisan epitaxial melalui penyebaran; bahagian dengan kekotoran ini akan berfungsi sebagai asas transistor masa hadapan.

Kami sekali lagi menutup seluruh wafer dengan lapisan penebat silikon dioksida dan, menggunakan etsa kimia berulang, membuka lubang kecil di tengah. Melalui lubang ini, kami memperkenalkan kekotoran jenis-n, contohnya fosforus, melalui resapan. Dengan cara ini pemancar dicipta.

Sekali lagi, kami akan menutup seluruh wafer dengan lapisan penebat silikon dioksida dan kemudian membuka dua lubang dalam lapisan ini: satu di atas pemancar, dan satu lagi terletak di tengah-tengah, di atas pangkalan. Melalui lubang ini, kami akan mencipta pemancar dan petunjuk asas dengan memercikkan aluminium atau emas. Bagi keluaran pengumpul, pembuatannya tidak sukar - cukup untuk menguatkan plat konduktif di bahagian bawah pengumpul.

Anda, Neznaykin, sudah pasti akan melihat bahawa dalam transistor yang dibuat dengan cara ini, tepi peralihan tidak mempunyai hubungan dengan suasana sekeliling; mereka dilindungi oleh lapisan silikon dioksida, yang sepenuhnya menghapuskan kemungkinan kerosakan pada transistor. Silikon dioksida lebih dikenali sebagai kuarza.

Sekiranya anda ingin meningkatkan kuasa transistor planar, pada dasarnya anda harus meningkatkan kawasan peralihan asas pemancar; Untuk melakukan ini, anda juga boleh meningkatkan kawasan sentuhan antara kedua-dua zon ini dengan membuat pemancar bukan dalam bentuk bulatan kecil, tetapi dalam bentuk bintang atau garis putus tertutup.

Penggunaan filem fotosensitif

Setelah belajar daripada penjelasan saya tentang kuantiti yang besar operasi yang diperlukan untuk menghasilkan transistor menggunakan teknologi planar, anda, Neznaykin, sudah pasti berfikir bahawa kosnya sepatutnya sangat tinggi. Oleh itu, saya bersegera untuk meyakinkan anda.

Beberapa puluh atau bahkan ratusan transistor dihasilkan dalam satu langkah. Kaedah fotolitografi digunakan dalam pengeluaran, yang lebih meluas digunakan dalam pembuatan litar bersepadu, yang akan kita bincangkan di lain masa.

Ingat bahawa untuk membuka lubang kecil ("tingkap"), seluruh permukaan pertama kali ditutup dengan filem sensitif cahaya, yang, apabila terdedah kepada cahaya, menjadi keras dan tahan terhadap pelarut yang digunakan dalam langkah seterusnya. Oleh itu, kawasan permukaan yang terdedah dilindungi oleh sejenis varnis, di mana filem keras telah bertukar.

Seperti yang saya harap anda meneka, imej cahaya kawasan lapisan epitaxial yang tidak sepatutnya tertakluk kepada rawatan kimia ditayangkan pada filem. Lazimnya, tayangan cahaya dilakukan melalui kanta yang membolehkan imej yang ditayangkan dikurangkan, yang menyumbang kepada mikrominiaturisasi...

Saya boleh memberitahu anda tentang transistor lain, seperti transistor kesan medan. Tetapi saya tidak mahu membosankan awak. Anda boleh mematikan perakam pita.

Dari masa ke masa, orang yang meminati radio mengumpul agak banyak bahagian elektronik yang berbeza, antaranya mungkin transistor Soviet lama dalam bekas logam. Ia tidak lagi relevan sebagai komponen radio kerana dimensinya yang besar, tetapi ia boleh digunakan untuk tujuan yang sama sekali berbeza: sebagai bateri solar. Benar, kuasa bateri sedemikian agak kecil berbanding saiznya, dan hanya sesuai untuk menjanakan peranti berkuasa rendah. Tetapi anda masih boleh mengumpulnya sebagai percubaan dan untuk keseronokan.

Untuk menukar transistor kepada bateri solar, anda perlu memotong penutup daripadanya terlebih dahulu. Untuk melakukan ini, ketatkan transistor dalam yew dengan rim pada badan dan potong penutup dengan gergaji besi. Ini mesti dilakukan dengan berhati-hati supaya tidak merosakkan kristal dan wayar nipis di dalam transistor.

Selepas ini anda boleh melihat apa yang tersembunyi di dalamnya:

Seperti yang anda lihat dalam foto, kristal agak kecil berbanding dengan badan transistor, tetapi inilah yang akan menukar tenaga solar kepada elektrik.

Berikut ialah jadual ukuran yang diberikan oleh pengarang menggunakan contoh transistor KT819GM:

Selepas pengukuran, anda boleh mula memasang bateri solar untuk menghidupkan kalkulator. Untuk mendapatkan 1.5 volt, adalah perlu untuk memasang lima transistor secara bersiri, dengan pengumpul menjadi tolak dan pangkalannya adalah tambah.

Untuk memasang transistor, sekeping plastik nipis digunakan, dengan lubang pra-gerudi untuk kaki. Selepas memasang transistor di tempatnya, ia disambungkan antara satu sama lain mengikut rajah di atas:

Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, kalkulator berfungsi dengan baik di luar dalam cahaya matahari, tetapi di dalam rumah ia pasti kekurangan tenaga, dan pada jarak lebih daripada 30 sentimeter dari lampu pijar ia enggan berfungsi.

Isi rumah pereka radio akan sentiasa mengandungi diod dan transistor lama daripada radio dan televisyen yang telah menjadi tidak diperlukan. Di tangan yang mahir, ini adalah kekayaan yang boleh digunakan dengan baik. Sebagai contoh, buat bateri solar dengan tangan anda sendiri untuk menghidupkan radio transistor dalam keadaan perkhemahan. Seperti yang diketahui, apabila diterangi dengan cahaya, semikonduktor menjadi sumber arus elektrik - fotosel. Kami akan menggunakan harta ini.

Kekuatan semasa dan daya elektromotif fotosel sedemikian bergantung pada bahan semikonduktor, saiz permukaan dan pencahayaannya. Tetapi untuk menukar diod atau transistor menjadi fotosel, anda perlu pergi ke kristal semikonduktor, atau, lebih tepat lagi, anda perlu membukanya.

Kami akan memberitahu anda bagaimana untuk melakukan ini sedikit kemudian, tetapi buat masa ini, lihat jadual yang menunjukkan parameter fotosel buatan sendiri. Semua nilai diperoleh di bawah pencahayaan dengan lampu 60 W pada jarak 170 mm, yang kira-kira sepadan dengan keamatan cahaya matahari pada hari musim luruh yang indah.

Seperti yang dapat dilihat dari jadual, tenaga yang dihasilkan oleh satu fotosel adalah sangat kecil, jadi ia digabungkan menjadi bateri. Untuk meningkatkan arus yang dibekalkan kepada litar luaran, fotosel yang sama disambungkan secara bersiri. Tetapi hasil terbaik boleh dicapai dengan sambungan bercampur, apabila bateri foto dipasang daripada kumpulan bersiri, setiap satunya terdiri daripada elemen bersambung selari yang sama (Rajah 3).

Kumpulan diod yang telah disediakan sebelumnya dipasang pada plat yang diperbuat daripada getinax, kaca organik atau textolit, sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Unsur-unsur disambungkan antara satu sama lain dengan wayar tembaga tin nipis.

Adalah lebih baik untuk tidak memateri petunjuk yang sesuai untuk kristal, kerana ini akan menyebabkan suhu tinggi hablur semikonduktor mungkin rosak. Letakkan plat dengan fotosel dalam bekas tahan lama dengan penutup atas lutsinar. Pateri kedua-dua pin ke penyambung - anda akan menyambungkan kord dari radio kepadanya.

Bateri foto solar 20 KD202 diod (lima kumpulan empat fotosel bersambung selari) di matahari menjana voltan sehingga 2.1 V dengan arus sehingga 0.8 mA. Ini cukup untuk memberi kuasa kepada penerima radio menggunakan satu atau dua transistor.

Sekarang mari kita bercakap tentang cara menukar diod dan transistor menjadi sel fotovoltaik. Sediakan naib, pemotong sisi, playar, pisau tajam, tukul kecil, besi pematerian, pateri plumbum timah POS-60, rosin, pinset, penguji atau mikroammeter 50-300 µA dan bateri 4.5 V. Diod D7, D226, D237 dan lain-lain dalam kes yang serupa harus dibongkar dengan cara ini. Mula-mula, potong petunjuk sepanjang garisan A dan B dengan pemotong sisi (Gamb. 1). Perlahan-lahan luruskan tiub yang renyuk B untuk melepaskan terminal D. Kemudian kepitkan diod dalam vice dengan bebibir.

Sapukan pisau tajam pada jahitan kimpalan dan pukulan ringan bahagian belakang pisau, keluarkan penutup. Pastikan bilah pisau tidak masuk jauh ke dalam - jika tidak, anda boleh merosakkan kristal. Kesimpulan D: Tanggalkan cat - fotosel sudah siap. Untuk diod KD202 (serta D214, D215, D242-D247), gunakan playar untuk menggigit bebibir A (Gamb. 2) dan potong terminal B. Seperti dalam kes sebelumnya, luruskan tiub B yang renyuk, lepaskan terminal fleksibel G.

Elektronik mengelilingi kita di mana-mana. Tetapi hampir tiada siapa yang berfikir tentang bagaimana perkara ini berfungsi. Ia sebenarnya agak mudah. Inilah yang akan kami cuba tunjukkan hari ini. Mari kita mulakan dengan ini elemen penting, seperti transistor. Kami akan memberitahu anda apa itu, fungsinya dan cara transistor berfungsi.

Apakah transistor?

Transistor– peranti semikonduktor yang direka untuk mengawal arus elektrik.

Di manakah transistor digunakan? Ya di mana-mana! Hampir tiada teknologi moden boleh dilakukan tanpa transistor. gambarajah elektrik. Mereka digunakan secara meluas dalam pengeluaran Teknologi komputer, peralatan audio dan video.

Masa bila Litar mikro Soviet adalah yang terbesar di dunia, lulus dan saiz transistor moden sangat kecil. Oleh itu, peranti terkecil adalah mengikut susunan saiz nanometer!

Konsol nano- menandakan nilai tertib sepuluh hingga tolak kuasa kesembilan.

Walau bagaimanapun, terdapat juga spesimen gergasi yang digunakan terutamanya dalam bidang tenaga dan industri.

Terdapat pelbagai jenis transistor: bipolar dan kutub, pengaliran langsung dan terbalik. Walau bagaimanapun, pengendalian peranti ini adalah berdasarkan prinsip yang sama. Transistor ialah peranti semikonduktor. Seperti yang diketahui, dalam semikonduktor pembawa cas adalah elektron atau lubang.

Kawasan dengan elektron berlebihan ditunjukkan oleh huruf n(negatif), dan kawasan dengan kekonduksian lubang ialah hlm(positif).

Bagaimanakah transistor berfungsi?

Untuk membuat segala-galanya sangat jelas, mari lihat kerja transistor bipolar(jenis yang paling popular).

(selepas ini dirujuk hanya sebagai transistor) ialah kristal semikonduktor (paling kerap digunakan silikon atau germanium), dibahagikan kepada tiga zon dengan kekonduksian elektrik yang berbeza. Zon-zon tersebut dinamakan dengan sewajarnya pengumpul, asas Dan pemancar. Peranti transistor dan perwakilan skematiknya ditunjukkan dalam rajah di bawah

Asingkan transistor pengaliran hadapan dan belakang. Transistor P-n-p dipanggil transistor pengaliran hadapan, dan transistor n-p-n dipanggil transistor pengaliran terbalik.

Sekarang mari kita bercakap tentang dua mod operasi transistor. Operasi transistor itu sendiri adalah serupa dengan operasi pili air atau injap. Hanya sebagai ganti air terdapat arus elektrik. Terdapat dua kemungkinan keadaan transistor - beroperasi (transistor terbuka) dan keadaan rehat (transistor tertutup).

Apakah maksudnya? Apabila transistor dimatikan, tiada arus mengalir melaluinya. Dalam keadaan terbuka, apabila arus kawalan kecil dikenakan pada tapak, transistor terbuka dan arus besar mula mengalir melalui pengumpul pemancar.

Proses fizikal dalam transistor

Dan kini lebih lanjut mengenai mengapa semuanya berlaku dengan cara ini, iaitu, mengapa transistor dibuka dan ditutup. Mari kita ambil transistor bipolar. Biarkanlah n-p-n transistor.

Jika anda menyambungkan sumber kuasa antara pengumpul dan pemancar, elektron pengumpul akan mula tertarik kepada positif, tetapi tidak akan ada arus antara pengumpul dan pemancar. Ini dihalang oleh lapisan asas dan lapisan pemancar itu sendiri.

Jika anda menyambung sumber tambahan antara bes dan pemancar, elektron dari kawasan n pemancar akan mula menembusi ke kawasan bes. Akibatnya, kawasan tapak akan diperkaya dengan elektron bebas, sebahagian daripadanya akan bergabung semula dengan lubang, beberapa akan mengalir ke tambah asas, dan beberapa (kebanyakan) akan pergi ke pengumpul.

Oleh itu, transistor ternyata terbuka, dan arus pengumpul pemancar mengalir di dalamnya. Jika voltan asas dinaikkan, arus pengumpul-pemancar juga akan meningkat. Selain itu, dengan perubahan kecil dalam voltan kawalan, peningkatan ketara dalam arus melalui pemancar pengumpul diperhatikan. Atas kesan inilah operasi transistor dalam penguat adalah berdasarkan.

Itu, secara ringkasnya, adalah intipati bagaimana transistor berfungsi. Anda perlu mengira penguat kuasa menggunakan transistor bipolar semalaman, atau melakukan kerja makmal untuk mengkaji operasi transistor? Ini tidak menjadi masalah walaupun untuk pemula jika anda menggunakan bantuan pakar perkhidmatan pelajar kami.

Sila hubungi untuk bantuan profesional sebegitu isu penting seperti belajar! Dan sekarang anda sudah mempunyai idea tentang transistor, kami cadangkan anda berehat dan menonton video oleh Korn "Twisted transistor"! Sebagai contoh, anda memutuskan untuk menghubungi Pelajar Surat-menyurat.

Prinsip kawalan semikonduktor arus elektrik diketahui pada awal abad kedua puluh. Walaupun jurutera elektronik tahu cara transistor berfungsi, mereka terus mereka bentuk peranti berdasarkan tiub vakum. Sebab ketidakpercayaan triod semikonduktor sedemikian adalah ketidaksempurnaan transistor titik titik pertama. Keluarga transistor germanium tidak mempunyai ciri yang stabil dan sangat bergantung pada keadaan suhu.

Persaingan serius untuk tiub elektron datang dari monolitik transistor silikon hanya pada penghujung tahun 50-an. Sejak masa itu, industri elektronik mula berkembang pesat, dan triod semikonduktor padat secara aktif menggantikan lampu intensif tenaga daripada litar peranti elektronik. Dengan kedatangan litar bersepadu, di mana bilangan transistor boleh mencecah berbilion-bilion, elektronik semikonduktor telah memenangi kemenangan besar dalam perjuangan untuk mengecilkan peranti.

Apakah transistor?

DALAM makna moden Transistor ialah unsur radio semikonduktor yang direka untuk menukar parameter arus elektrik dan mengawalnya. Triod semikonduktor konvensional mempunyai tiga terminal: tapak, yang menerima isyarat kawalan, pemancar, dan pengumpul. Terdapat juga transistor komposit kuasa tinggi.

Skala saiz peranti semikonduktor adalah menarik - daripada beberapa nanometer (elemen tidak dibungkus yang digunakan dalam litar mikro) kepada diameter sentimeter untuk transistor berkuasa yang dimaksudkan untuk loji kuasa dan peralatan perindustrian. Voltan terbalik triod industri boleh mencapai sehingga 1000 V.

Peranti

Dari segi struktur, triod terdiri daripada lapisan semikonduktor yang tertutup dalam perumah. Semikonduktor ialah bahan berasaskan silikon, germanium, galium arsenide dan unsur kimia lain. Hari ini, penyelidikan sedang dijalankan untuk menyediakan jenis polimer tertentu, dan juga tiub nano karbon, untuk peranan bahan semikonduktor. Nampaknya dalam masa terdekat kita akan belajar tentang sifat baharu transistor kesan medan graphene.

Sebelum ini, kristal semikonduktor terletak di kes logam dalam bentuk topi dengan tiga kaki. Reka bentuk ini adalah tipikal untuk transistor titik-titik.

Hari ini, reka bentuk yang paling rata, termasuk silikon peranti semikonduktor dibuat berdasarkan satu kristal doped di bahagian tertentu. Mereka ditekan ke dalam bekas plastik, logam-kaca atau logam-seramik. Sesetengah daripada mereka mempunyai plat logam yang menonjol untuk pelesapan haba, yang dipasang pada radiator.

Elektrod transistor moden disusun dalam satu baris. Susunan kaki ini sesuai untuk pemasangan papan automatik. Terminal tidak ditanda pada perumah. Jenis elektrod ditentukan daripada buku rujukan atau dengan ukuran.

Untuk transistor, kristal semikonduktor dengan struktur yang berbeza digunakan, jenis p-n-p atau n-p-n. Mereka berbeza dalam kekutuban voltan pada elektrod.

Secara skematik, struktur transistor boleh diwakili sebagai dua diod semikonduktor, dipisahkan oleh lapisan tambahan. (Lihat Rajah 1). Kehadiran lapisan ini yang membolehkan anda mengawal kekonduksian triod semikonduktor.

nasi. 1. Struktur transistor

Rajah 1 secara skematik menunjukkan struktur triod bipolar. Terdapat juga kelas transistor kesan medan, yang akan dibincangkan di bawah.

Prinsip operasi asas

Semasa rehat, tiada arus mengalir antara pengumpul dan pemancar triod bipolar. Arus elektrik mengganggu rintangan persimpangan pemancar, yang timbul akibat interaksi lapisan. Untuk menghidupkan transistor, anda perlu menggunakan voltan kecil ke pangkalannya.

Rajah 2 menunjukkan rajah yang menerangkan prinsip kerja triod.

nasi. 2. Prinsip operasi

Dengan mengawal arus asas, anda boleh menghidupkan dan mematikan peranti. Jika anda memohon kepada pangkalan isyarat analog, maka ia akan mengubah amplitud arus keluaran. Dalam kes ini, isyarat keluaran akan betul-betul mengulangi kekerapan ayunan pada elektrod asas. Dengan kata lain, isyarat elektrik yang diterima pada input akan dikuatkan.

Oleh itu, triod semikonduktor boleh beroperasi dalam mod suis elektronik atau dalam mod penguatan isyarat input.

Pengendalian peranti dalam mod kunci elektronik boleh difahami dari Rajah 3.

nasi. 3. Triod dalam mod suis

Penamaan pada gambar rajah

Penamaan biasa: "VT" atau "Q", diikuti dengan indeks kedudukan. Sebagai contoh, VT 3. Pada gambar rajah terdahulu anda boleh menemui sebutan lapuk: "T", "PP" atau "PT". Transistor digambarkan sebagai garis simbolik yang menunjukkan elektrod yang sepadan, dilingkari atau tidak. Arah arus dalam pemancar ditunjukkan oleh anak panah.

Rajah 4 menunjukkan litar ULF di mana transistor ditetapkan dengan cara baharu, dan Rajah 5 menunjukkan imej skematik pelbagai jenis transistor kesan medan.

nasi. 4. Contoh litar ULF pada triod

Jenis-jenis transistor

Berdasarkan prinsip operasi dan strukturnya, triod semikonduktor dibezakan:

• padang;
• bipolar;
• digabungkan.

Transistor ini melakukan fungsi yang sama, tetapi terdapat perbezaan dalam prinsip operasinya.

Padang

Triod jenis ini juga dipanggil unipolar, kerana sifat elektriknya - ia membawa arus hanya satu kekutuban. Berdasarkan struktur dan jenis kawalannya, peranti ini dibahagikan kepada 3 jenis:

1. Transistor dengan pengurus p-n peralihan (Rajah 6).
2. Dengan pintu bertebat (tersedia dengan saluran terbina dalam atau teraruh).
3. MIS, dengan struktur: logam-dielektrik-konduktor.

Ciri tersendiri bagi pintu bertebat ialah kehadiran dielektrik di antaranya dan saluran.

Bahagian sangat sensitif kepada elektrik statik.

Litar triod medan ditunjukkan dalam Rajah 5.

nasi. 5. Transistor kesan medan
nasi. 6. Foto triod kesan medan sebenar

Beri perhatian kepada nama elektrod: longkang, sumber dan pintu.

Transistor kesan medan menggunakan kuasa yang sangat sedikit. Mereka boleh bekerja lebih setahun daripada bateri kecil atau penumpuk. Oleh itu, mereka telah menemui aplikasi yang luas dalam moden peranti elektronik seperti alat kawalan jauh alat kawalan jauh, alat mudah alih dan sebagainya.

bipolar

Banyak yang telah diperkatakan tentang jenis transistor ini dalam subseksyen " Prinsip asas kerja." Mari kita ambil perhatian bahawa peranti itu menerima nama "Bipolar" kerana keupayaannya untuk menghantar caj tanda bertentangan melalui satu saluran. Ciri mereka ialah impedans keluaran yang rendah.

Transistor menguatkan isyarat dan bertindak sebagai peranti pensuisan. Litar pengumpul boleh termasuk cukup beban yang kuat. Terima kasih kepada arus tinggi pengumpul, anda boleh mengurangkan rintangan beban.

Mari lihat struktur dan prinsip operasi dengan lebih terperinci di bawah.

digabungkan

Untuk mencapai sesuatu yang tertentu parameter elektrik Daripada penggunaan elemen diskret tunggal, pembangun transistor mencipta reka bentuk gabungan. Antaranya ialah:

• dengan perintang tertanam dan litarnya;
• gabungan dua triod (struktur yang sama atau berbeza) dalam satu pakej;
• diod lambda - gabungan dua triod kesan medan membentuk bahagian dengan rintangan negatif;
• reka bentuk di mana triod kesan medan dengan pintu bertebat mengawal triod bipolar (digunakan untuk mengawal motor elektrik).

Transistor gabungan, sebenarnya, litar mikro asas dalam satu pakej.

Bagaimanakah transistor bipolar berfungsi? Arahan untuk dummies

Operasi transistor bipolar adalah berdasarkan sifat semikonduktor dan gabungannya. Untuk memahami prinsip operasi triod, mari kita fahami kelakuan semikonduktor dalam litar elektrik.

Semikonduktor.

Sesetengah kristal, seperti silikon, germanium, dll., adalah dielektrik. Tetapi mereka mempunyai satu ciri - jika anda menambah kekotoran tertentu, ia menjadi konduktor dengan ciri khas.

Sesetengah bahan tambahan (penderma) membawa kepada kemunculan elektron bebas, manakala yang lain (penerima) mencipta "lubang".

Jika, sebagai contoh, silikon didopkan dengan fosforus (penderma), kita memperoleh semikonduktor dengan lebihan elektron (struktur n-Si). Dengan menambahkan boron (penerima), silikon terdop akan menjadi semikonduktor pengalir lubang (p-Si), iaitu strukturnya akan dikuasai oleh ion bercas positif.

Pengaliran sehala.

Mari kita jalankan percubaan pemikiran: sambungkan dua jenis semikonduktor yang berbeza kepada sumber kuasa dan bekalan arus kepada reka bentuk kami. Sesuatu yang tidak dijangka akan berlaku. Jika anda menyambung wayar negatif kepada kristal jenis-n, litar akan selesai. Walau bagaimanapun, apabila kita membalikkan kekutuban, tidak akan ada elektrik dalam litar. Kenapa ini terjadi?

Hasil daripada menggabungkan kristal dengan jenis yang berbeza kekonduksian, kawasan dengan persimpangan p-n terbentuk di antara mereka. Sesetengah elektron (pembawa cas) daripada kristal jenis-n akan mengalir ke dalam kristal dengan kekonduksian lubang dan menggabungkan semula lubang dalam zon sentuhan.

Akibatnya, caj tidak berkompensasi timbul: di rantau jenis-n - daripada ion negatif, dan di rantau jenis-p daripada ion positif. Perbezaan potensi mencapai nilai dari 0.3 hingga 0.6 V.

Hubungan antara voltan dan kepekatan kekotoran boleh dinyatakan dengan formula:

φ= V T*ln( Nn* Np)/n 2 i , di mana

V T – nilai tegasan termodinamik, Nn Dan Np – kepekatan elektron dan lubang, masing-masing, dan n i menandakan kepekatan intrinsik.

Apabila menyambung tambah kepada konduktor p dan tolak kepada semikonduktor jenis-n, cas elektrik akan mengatasi halangan, kerana pergerakannya akan diarahkan terhadap medan elektrik dalam simpang p-n. DALAM dalam kes ini laluan terbuka. Tetapi jika tiang diterbalikkan, peralihan akan ditutup. Oleh itu kesimpulannya: simpang p-n membentuk kekonduksian sehala. Sifat ini digunakan dalam reka bentuk diod.

Dari diod ke transistor.

Mari rumitkan percubaan. Mari tambah satu lagi lapisan antara dua semikonduktor dengan struktur yang sama. Sebagai contoh, antara wafer silikon jenis p kita masukkan lapisan kekonduksian (n-Si). Tidak sukar untuk meneka apa yang akan berlaku di zon hubungan. Dengan analogi dengan proses yang diterangkan di atas, kawasan dengan persimpangan p-n terbentuk yang menghalang pergerakan caj elektrik antara pemancar dan pengumpul, dan tanpa mengira kekutuban arus.

Perkara yang paling menarik akan berlaku apabila kita menggunakan sedikit voltan pada lapisan (tapak). Dalam kes kami, kami akan menggunakan arus dengan tanda negatif. Seperti dalam kes diod, litar asas pemancar dibentuk melalui mana arus akan mengalir. Pada masa yang sama, lapisan akan mula menjadi tepu dengan lubang, yang akan membawa kepada pengaliran lubang antara pemancar dan pengumpul.

Lihat Rajah 7. Ia menunjukkan bahawa ion positif memenuhi seluruh ruang kita pembinaan bersyarat dan kini tiada apa yang mengganggu pengaliran arus. Kami telah memperoleh model visual transistor bipolar dengan struktur p-n-p.

nasi. 7. Prinsip operasi triod

Apabila pangkalan dinyahtenagakan, transistor masuk dengan cepat keadaan asal dan simpang pengumpul ditutup.

Peranti juga boleh beroperasi dalam mod penguatan.

Arus pengumpul adalah berkadar terus dengan arus asas : sayaKepada= ß* sayaB , Di mana ß – keuntungan semasa, sayaB – arus asas.

Jika anda menukar nilai arus kawalan, keamatan pembentukan lubang pada tapak akan berubah, yang akan melibatkan perubahan berkadar dalam amplitud voltan keluaran, sambil mengekalkan frekuensi isyarat. Prinsip ini digunakan untuk menguatkan isyarat.

Dengan menggunakan denyutan lemah ke pangkalan, pada output kita memperoleh frekuensi penguatan yang sama, tetapi dengan amplitud yang lebih besar (ditetapkan oleh voltan yang digunakan pada litar pemancar pengumpul).

Transistor NPN berfungsi dengan cara yang sama. Hanya kekutuban voltan yang berubah. Peranti dengan struktur n-p-n mempunyai kekonduksian langsung. Mereka mempunyai kekonduksian terbalik transistor pnp taip.

Ia kekal untuk menambah bahawa kristal semikonduktor Dengan cara yang sama bertindak balas terhadap spektrum ultraungu cahaya. Dengan menghidupkan dan mematikan aliran foton, atau melaraskan keamatannya, anda boleh mengawal operasi triod atau menukar rintangan perintang semikonduktor.

Litar sambungan transistor bipolar

Jurutera litar menggunakan gambar rajah sambungan berikut: dengan asas biasa, elektrod pemancar sepunya dan sambungan dengan pengumpul sepunya (Gamb. 8).

nasi. 8. Gambar rajah sambungan untuk transistor bipolar

Penguat dengan asas biasa dicirikan oleh:

• rendah impedans masukan, yang tidak melebihi 100 Ohms;
• sifat suhu yang baik dan ciri frekuensi triod;
• voltan tinggi yang dibenarkan;
• ia mengambil masa dua sumber yang berbeza untuk makanan.

Litar pemancar sepunya mempunyai:

• keuntungan arus dan voltan tinggi;
• keuntungan kuasa yang rendah;
• penyongsangan voltan keluaran berbanding input.

Dengan sambungan ini, satu sumber kuasa adalah mencukupi.

Gambar rajah sambungan mengikut prinsip " pengumpul biasa» menyediakan:

• rintangan input tinggi dan output rendah;
• faktor perolehan voltan rendah (< 1).

Bagaimanakah transistor kesan medan berfungsi? Penjelasan untuk dummies

Struktur transistor kesan medan berbeza daripada transistor bipolar kerana arus di dalamnya tidak melintasi zon simpang p-n. Caj bergerak melalui kawasan terkawal yang dipanggil pintu pagar. Lebar jalur Pintu itu dikawal voltan.

Angkasa zon p-n berkurangan atau bertambah di bawah pengaruh medan elektrik (lihat Rajah 9). Bilangan pembawa caj percuma berubah dengan sewajarnya - daripada pemusnahan lengkap kepada ketepuan melampau. Hasil daripada kesan ini pada pintu pagar, arus pada elektrod longkang (sentuhan yang mengeluarkan arus yang diproses) dikawal. Arus masuk mengalir melalui kenalan sumber.

Rajah 9. Transistor kesan medan dengan simpang p-n

Triod medan dengan saluran terbina dalam dan teraruh beroperasi pada prinsip yang sama. Anda melihat rajah mereka dalam Rajah 5.

Litar sambungan transistor kesan medan

Dalam amalan, gambar rajah sambungan digunakan secara analogi dengan triod bipolar:

• dengan sumber biasa - menghasilkan keuntungan besar dalam arus dan kuasa;
• litar get biasa memberikan impedans input rendah dan keuntungan rendah (mempunyai penggunaan terhad);
• litar parit sepunya yang beroperasi dengan cara yang sama seperti litar pemancar sepunya.

Rajah 10 menunjukkan pelbagai skim kemasukan.

nasi. 10. Imej gambar rajah sambungan triod medan

Hampir setiap litar mampu beroperasi pada voltan masukan yang sangat rendah.

Video yang menerangkan prinsip operasi transistor dalam bahasa mudah