Напівпровідниковий діод утворюється простим з’єднанням кристала типу η з кристалом типу р. Електрони в такому p-η переході можуть переміщатися з кристала п, де їх надлишок, до кристалу р, де вони в дефіциті, але виключно в одному напрямку. У напівпровідникових приладах процеси переміщення зарядів відбуваються в кристалі (твердому тілі), а в електронних лампах – у вакуумі.

При з’єднанні двох кристалів чистого кремнію нічого подібного не станеться, навіть якщо підключити до них джерело напруги, оскільки надлишкові носії заряду не утворюються.

Провівши дослідження p-η переходу за допомогою батарейки та вимірювального приладу (амперметра), ви виявите, що струм легко протікає через перехід, якщо кристал кремнію р з’єднаний з позитивним полюсом батареї, а кристал η – з негативним. При зміні полярності батарейки струму немає. Ця одностороння провідність пояснюється тим, що протилежні заряди (електронів і дірок) спрямовуються один до одному. Оскільки електрони можуть переміщатися тільки в межах свого кристала кремнію, сили тяжіння змістяться, отже, до переходу між кремнієм бенкет. Електрони кремнію ή залучаються дірками кремнію р до переходу з такою силою, що деякі з них перетнуть його. Аналогічна ситуація спостерігається і з дірками шару кремнію р.

Негативний полюс батареї намагається «перегнати» електрони кремнію η до кремнію р, в той час як позитивний полюс є «магнітом» для електронів. Під впливом усіх цих сил електрони перетинають перехід.

При зміні полярності батарейки струм не виникне, оскільки заряди не зможуть перетнути p-η перехід, так як на межі переходу утворюється енергетичне перешкоду, зване поттцльним бар’єром.

Існує величезна кількість різних типів діодів (рис. 1.11), призначених головним чином для випрямлення струму. Відрізняються вони в основному технологією виготовлення і характеристиками. Діоди, пропускаючи струм тільки в одному напрямку, перетворять змінний струм в постійний. Вони мають два електроди: катод, відповідний кристалу типу п, і анод, відповідний кристалу типу р.

Рис. 1.11. Діоди

Широке застосування знаходять діоди з потужним електронно-дірковий переходом, використовувані головним чином для випрямлення змінного струму. В одному корпусі можуть бути скомпоновані чотири діода, що утворюють діодний міст, який призначений для випрямлення обох фаз змінного струму. Діоди малої потужності використовуються в пристроях електронної логіки і для детектування радіосигналів. Їх часто називають сигнальними діодами.

Існують також діоди для стабілізації напруги – стабілітрони. При подачі на них зворотної напруги вони здатні підтримувати на катоді фіксований потенціал з великою точністю.

Нарешті, існують світловипромінюючі діоди (світлодіоди), які при проходженні через них струму починають світитися. Випускаються звичайно діаметром 3 або 5 мм, червоного, зеленого або жовтого кольору світіння.

Транзистори

Транзистор є більш складною напівпровідникової структурою, ніж діод. Він складається з трьох шарів кремнію з різною провідністю. Це можуть бути структури типу р-п-р або п-р-п. Функціонування транзисторів також ґрунтується на властивостях р-п переходів.

Центральний, або середній, шар називають базою (Б), * два інших – відповідно емітер (Е) і колектор (К). Структура транзистора η-р-п наведена на рис. 1.12. Ввівши шар кремнію η між двома шарами кремнію р, можна отримати, транзистор р-п-р.

Рис. 1.12. Транзистори п-р-п і р-п-р

Слід зазначити, що суттєвої різниці між двома названими типами транзисторів немає і всі пропоновані схеми можуть бути змонтовані з тим чи іншим при дотриманні відповідної полярності джерела харчування.

На рис. 1.13 приведено схемне зображення транзисторів (їх символи, використовувані в схемах). Транзистор -р відрізняється від транзистора п-р-п напрямком стрілки емітера.

Для забезпечення правильного функціонування транзистора полярність напруги, прикладеної до його колектору, повинна відповідати центральний букві його типу.

Об’єднання цих пар переходів призводить до прояву надзвичайно цікавого властивості, іменованого транзисторним ефектом.

Якщо до транзистора між колектором і емітером прикласти напругу, струму практично не буде. Якщо ж проізьесті підключення відповідно до схеми рис. 1.13, де на базу через обмежуючий опір (Щоб не пошкодити транзистор) подається напруга, то через колектор буде проходити струм сильніший, ніж струм бази. При підвищенні струму бази струм колектора також буде збільшуватися. За допомогою вимірювального приладу можна визначити співвідношення струмів бази, емітера і колектора.

Це можна перевірити простим способом. Якщо зберегти напруга живлення, наприклад, на рівні 4,5 В, змінивши значення опору в ланцюзі бази з R до R / 2, струм бази подвоїться, пропорційно збільшиться і струм колектора (табл. 1.2).

При 1Б = 1 мА струм колектора дорівнює 98 мА, а при 1Б = 2 мА він збільшується до 198 мА.

Таблиця 1.2. Результати експериментальної перевірки підсилюючих властивостей транзистора

Отже, при будь-якій напрузі на опорі R струм колектора буде в 99 разів більше струму бази, тобто транзистор має коефіцієнт посилення по струму рівний 99. Цей коефіцієнт позначають буквою β. Іншими словами, транзистор підсилює струм бази в 99 разів. Е1апрімер, транзистори ВС108А, ВС108В і ВС108С приблизно з тими ж характеристиками мають коефіцієнти підсилення відповідно 100, 200 і 300.

Е1А базу транзистора можна подати і змінну напругу. Е1о необхідно, щоб транзистор працював у лінійному режимі. Для нормального функціонування в лінійному режимі транзистору слід подати на базу постійна напруга зсуву і підвести змінна напруга, яке він буде посилювати.

Таким чином, транзистори підсилюють слабкі напруги, що надходять з фотоелектричної осередку або мікрофона, до рівня, який здатний «привести в дію» навушник або гучномовець в ланцюзі колектора. Якщо коефіцієнт підсилення не достатній, можна використовувати кілька транзисторів або їх послідовних каскадів. Щоб при з’єднанні каскадів не порушувати режимів роботи кожного з них по постійному току (при яких забезпечується лінійність), використовують розділові конденсатори, пропускають змінний струм, але не пропускають постійний.

Біполярні транзистори (структури р-п-р і п-р-п) володіють електричними характеристиками, що забезпечують їм певні переваги порівняно з іншими підсилювальними компонентами.

Джерело: Фігьера Б., Кноерр Р., Введення в електроніку: Пер. з фр. М .: ДМК Пресс, 2001. – 208 с .: іл. (На допомогу радіоаматори).