Транзистором називається напівпровідниковий прилад, призначений для посилення і генерування електричних коливань. Він являє собою кристал, поміщений в корпус, забезпечений висновками. Кристал виготовляють з напівпровідникового матеріалу. За своїми електричними властивостями напівпровідники займають деяке проміжне положення між провідниками і непроводниками струму (ізоляторами). Невеликий кристал напівпровідникового матеріалу (напівпровідника) після відповідної технологічної обробки стає здатним змінювати свою електропровідність в дуже широких межах при підведенні до нього слабких електричних коливань і постійної напруги зсуву. Кристал поміщають в металевий або пластмасовий корпус і постачають трьома висновками, жорсткими або м'якими, приєднаними до відповідних зонам кристала. Металевий корпус іноді має власний висновок, але гущавина з корпусом з'єднують один з трьох електродів транзистора.

В даний час знаходять застосування транзистори двох видів – біполярні і польові. Біполярні транзистори з'явилися першими і набули найбільшого поширення. Тому зазвичай їх називають просто транзисторами. Польові транзистори з'явилися пізніше і поки що використовуються рідше біполярних.

   Біполярними транзистори називають тому, що електричний струм у них утворюють електричні заряди позитивної та негативної полярності. Носії позитивних зарядів прийнято називати дірками, негативні заряди переносяться електронами. В біполярному транзисторі використовують кристал з германію або кремнію – основних напівпровідникових матеріалів, застосовуваних для виготовлення транзисторів і діодів. Тому і транзистори називають одні кремнієвими, Інші -: германієвими. Для обох різновидів біполярних транзисторів характерні свої особливості, які зазвичай враховують при проектуванні пристроїв.

Для виготовлення кристала використовують надчистих матеріал, у який додають спеціальні строго дозовані; домішки. Вони й визначають появу в кристалі провідності, обумовленої дірками (р-провідність) або електронами (n-провідність). Таким чином формують один з електродів транзистора, званий базою. Якщо тепер в поверхню кристала бази ввести тим чи іншим технологічним способом спеціальні домішки, які змінюють тип провідності бази на зворотну так, щоб утворилися близколежащих зони n-Р-n або р-n-Р, і до кожної зоні підключити висновки, утворюється транзистор. Одну з крайніх зон називають емітером, тобто джерелом носіїв заряду, а другу – колектором, збирачем цих носіїв. Зона між емітером і колектором називається базою. Висновків транзистора зазвичай присвоюють назви, аналогічні його електродів. Підсилювальні властивості транзистора виявляються в тому, що якщо тепер до емітера і бази докласти мале електрична напруга – вхідний сигнал, то в ланцюзі колектор – емітер потече струм, за формою повторює вхідний струм вхідного сигналу між базою і емітером, але у багато разів більший за значенням.

Для нормальної роботи транзистора в першу чергу необхідно подати на його електроди напруга живлення. При цьому напруга на базі щодо емітера (це напруга часто називають напругою зсуву) має дорівнювати кільком десятим часток вольта, а на колекторі щодо емітера – кілька вольт.

Включення в ланцюг n-Р-n і р-n транзисторів відрізняється тільки полярністю напруги на колекторі і зсуву. Кремнієві та германієві транзистори однієї і тієї ж структури відрізняються між собою лише значенням напруги зсуву. У кремнієвих воно приблизно на 0,45 В більше, ніж у Німеччині ніевих.

Рис. 1

На рис. 1 показані умовні графічні позначення транзисторів тієї й іншої структури, виконаних на основі германію і кремнію, і типове напруга зсуву. Електроди транзисторів позначені першими літерами слів: емітер – Е, база – Б, колектор – К. Напруга зсуву (або, як прийнято говорити, режим) показано щодо емітера, але на практиці напруга на електродах транзистора вказують відносно загального проводу пристрою. Загальним проводом в пристрої і на схемі називають провід, гальванічно з'єднаний з входом, виходом і часто з джерелом харчування, тобто загальний для входу, виходу і джерела живлення.

Підсилювальні та інші властивості транзисторів характеризуються поруч електричних параметрів, найбільш важливі з яких розглянуто нижче.

Статичний коефіцієнт передачі струму бази h21Е показує, у. скільки разів струм колектора біполярного транзистора більше струму його бази, що викликав цей струм. У більшості типів транзисторів чисельне значення цього коефіцієнта від екземпляра до примірнику може змінюватися від 20 до 200. Є транзистори і з меншим значенням – 10 … 15, і з великим – до 50 … 800 (такі називають транзисторами з сверхусіленіем). Нерідко вважають, що хороші результати можна отримати тільки з транзисторами, що мають велике значення h21е. Однак практика показує, що при вмілому конструюванні апаратури цілком можна обійтися транзисторами, які мають h2lЕ, рівний всього 12 … 20. Прикладом цього може служити більшість конструкцій, описаних в цій книзі.

   Частотними властивостями транзистора враховується той факт, що транзистор здатний підсилювати електричні сигнали з частотою, що не перевищує визначеного для кожного транзистора межі. Частоту, на якій транзистор втрачає свої підсилювальні властивості, називають граничною частотою посилення транзистора. Для того, щоб транзистор міг забезпечити значне посилення сигналу, необхідно, щоб максимальна робоча частота сигналу була принаймні в 10 … 20 разів менше граничної частоти fт транзистора. Наприклад, для ефективного посилення сигналів низької частоти (до 20 кГц) застосовують низькочастотні транзистори, гранична частота яких не менше 0,2 … 0,4 МГц. Для посилення сигналів радіостанцій довгохвильового і середньохвильового діапазонів хвиль (частота сигналу не вище .1,6 МГц) | придатні лише високочастотні транзистори з граничною частотою не нижче 16 … 30 МГц.

   Максимальна допустима розсіює потужність – Це найбільша потужність, яку може розсіювати транзистор протягом тривалого часу без небезпеки виходу з ладу. У довідниках з транзисторам зазвичай вказують максимальну допустиму потужність колектора Яктах, оскільки саме в ланцюзі колектор – емітер виділяється найбільша потужність і діють найбільші струм і напруга. Базовий і колекторний струми, протікаючи по кристалу транзистора, розігрівають його. Германієвий кристал може нормально працювати при температурі не більше 80, а кремнієвий – не більше 120 ° С. Тепло, яке виділяється в кристалі, відводиться в навколишнє, середовище через корпус транзистора, а також і через додатковий тепловідвід (радіатор), яким додатково забезпечують транзистори великої потужності.

Залежно від призначення випускають транзистори малої, середньої та великої потужності. Малопотужні використовують головним чином для посилення і перетворення слабких сигналів низької і високої частот, потужні – в кінцевих щаблях посилення і генерації електричних коливань низької і високої частот. Підсилювальні можливості щаблі на біполярному транзисторі залежать не тільки від того, який він потужності, а скільки від того, який конкретно обраний транзистор, в якому режимі роботи по змінному і постійному струму він працює (зокрема, які струм колектора і напруга між колектором і емітером), яке співвідношення робочої частоти сигналу і граничної частоти транзистора.

Польовий транзистор являє собою напівпровідниковий прилад, в якому управління струмом між двома електродами, утвореним спрямованим рухом носіїв заряду дірок або електронів, здійснюється електричним полем, створюваним напругою на третьому електроді. Електроди, між якими протікає керований струм, іоСят назва витоку і стоку, причому витоком вважають той електрод, з якого виходять (витікають) носії заряду. Третій, керуючий, електрод називають затвором. Струмопровідний ділянку напівпровідникового матеріалу між витоком і стоком прийнято називати каналом, звідси ще одна назва цих транзисторів – канальні. Під дією напруги на затворі »щодо витоку змінюється опір каналу» а значить, і струм через нього.

Залежно від типу носіїв заряду розрізняють транзистори з n-каналом або р-каналом. У n-канальних струм каналу обумовлений спрямованим рухом електронів, а р-канальних – дірок. У зв'язку з цією особливістю польових транзисторів їх іноді називають також уніполярними. Ця назва підкреслює, що струм в них утворюють носії тільки одного знака, що й відрізняє польові транзистори від біполярних.

Для виготовлення польових транзисторів використовують головним чином кремній, що пов'язано з особливостями технології їх виробництва.

Розглянемо основні параметри польових транзисторів.

Крутизна вхідний характеристики S або провідність прямої передачі струму Y21 вказує, на скільки міліампер змінюється струм каналу при зміні вхідної напруги між затвором і витоком на 1 В. Тому значення крутизни вхідний характеристики визначається в мА / В, так само як і крутизна характеристики радіоламп. Сучасні польові транзистори мають крутизну від десятих часток до десятків і навіть сотень міліампер на вольт. Очевидно, що чим більше крутість, тим більша посилення може дати польовий транзистор. Але великим значенням крутизни відповідає великий струм каналу. Тому-на практиці зазвичай вибирають такий струм каналу, при якому, про одного боку, досягається потрібного посилення, а з іншого – забезпечується необхідна економічність у витраті струму.

Частотні властивості польового транзистора, так само як і! біполярного, характеризуються значенням граничної частоти. Польові транзистори теж ділять на низькочастотні, середньочастотні і високочастотні, і також для отримання великого посилення максимальна частота сигналу повинна бути принаймні в 10 … 20 разів менше граничної частоти транзистора.

Максимальна допустима постійна розсіює потужність польового транзистора визначається точно так само, як і для біполярного. Промисловість випускає польові транзистори малої, середньої і великої потужності.

Для нормальної роботи польового транзистора на його електродах має діяти постійна напруга початкового зсуву. Полярність напруги зсуву визначається типом каналу (n або р), а значення цієї напруги – конкретним типом транзистора. Тут слід зазначити, що серед польових транзисторів значно більше різноманітність конструкцій кристала, ніж серед біполярних. Найбільшого поширення в аматорських конструкціях і у виробах промислового виробництва отримали польові транзистори з так званим вбудованим каналом і р-n переходом. Вони невибагливі в експлуатації, працюють в широких межах частотних, володіють високим вхідним опором, що досягає на низькій частоті декількох мегаом, а на середній і високій частотах – декількох десятків або сотень кіло в залежності від серії. Для порівняння зазначимо, що біполярні транзистори мають значно меншу вхідний опір, зазвичай близьке до 1 … 2 кОм, і лише щаблі на складеному транзисторі можуть мати більшу вхідний опір. У цьому з-складається велика перевага польових транзисторів перед біполярними.

Рис. 2

На рис. 2 показані умовні позначення польових транзисторів з вбудованим каналом і р-n переходом, а також вказані і типові значення напруги зсуву. Висновки позначені відповідно до першими літерами назв електродів. Характерно, що для транзисторів з р-каналом напруга на стоці щодо витоку має бути негативним, а на затворі щодо витоку – позитивним, а для транзистора з n-каналом – навпаки.

У промисловій апаратурі і рідше в радіоаматорського знаходять також застосування польові транзистори з ізольованим затвором. Такі транзистори мають ще більш високий вхідний опір, можуть працювати на дуже високих частотах. Але у них є істотний недолік – низька електрична міцність ізольованого затвора. Для його пробою і виходу транзистора з ладу цілком достатньо навіть слабкого заряду статичної електрики, який завжди є на тілі людини, на одязі, на інструменті. З цієї причини висновки польових транзисторів з ізольованим затвором при зберіганні слід зв'язувати разом м'якою голою дротом, при монтажі транзисторів руки та інструменти потрібно «заземляти», використовують і інші захисні заходи.

Література:

Васильєв В.А. Приймачі початківця радіоаматора (Масова радіобібліотека; Вип. 1072)