Історія винаходу транзистора

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

РОСТОВСЬКІЙ ОБЛАСТІ

Державні освітні заклад СЕРЕДНЬОГО ОСВІТИ «Новочеркаська МЕХАНІКО_ТЕХНОЛОГІЧЕСКІЙ КОЛЕДЖ ІМ.А.Д. ЦЮРУПИ »

РЕФЕРАТ

на тему:

«ІСТОРІЯ ВИНАХОДИ ТРАНЗИСТОРА»

2009р.

ЗМІСТ

Вступ

1. Історія винаходу транзистора

2. Перший транзистор

3. Створення біполярного транзистора

4. «Холодна війна» і її вплив на електроніку

5. Перші радянські транзистори

6. Польові транзистори

7. Область застосування транзистора

ВСТУП

Важко знайти таку галузь науки і техніки, яка так само стрімко розвивалася і зробила таке-ж величезний вплив на всі сторони життєдіяльності людини, кожного окремого і суспільства в цілому, як електроніка. Як самостійний напрям науки і техніки електроніка сформувалася завдяки електронній лампі. Спочатку з'явилися радіозв'язок, радіомовлення, радіолокація, телебачення, потім електронні системи управління, обчислювальна техніка тощо Але електронна лампа має непереборні недоліки: великі габарити, високе енергоспоживання, великий час входження в робочий режим, низьку надійність. В результаті через 2-3 десятка років існування лампова електроніка в багатьох застосуваннях підійшла до межі своїх можливостей. Електронній лампі була потрібна більш компактна, економічна і надійна заміна. І вона знайшлася у вигляді напівпровідникового транзистора. Його створення справедливо вважають одним з найбільших досягнень науково-технічної думки двадцятого століття, докорінно змінив світ. Воно було відзначено Нобелівською премією з фізики, присудженої в 1956 р американцям Джону Бардіну, Уолтеру Браттейн і Вільяму Шоклі. Але у нобелівської трійки в різних країнах були попередники. І це зрозуміло. Поява транзисторів - результат багаторічної роботи багатьох видатних вчених і фахівців, які протягом попередніх десятиліть розвивали науку про напівпровідниках. Радянські вчені внесли в це спільна справа величезний внесок. Дуже багато було зроблено школою фізики напівпровідників академіка А.Ф. Іоффе - піонера світових досліджень з фізики напівпровідників. Ще в 1931 році він опублікував статтю з пророчим назвою: «Напівпровідники - нові матеріали електроніки». Чималу заслугу в дослідження напівпровідників внесли Б.В. Курчатов і В.П. Жузе. У своїй роботі - «До питання про електропровідності закису міді» в 1932 році вони показали, що величина і тип електричної провідності визначається концентрацією і природою домішки. Радянський фізик Я.М. Френкель створив теорію збудження в напівпровідниках парних носіїв заряду: електронів і дірок. У 1931 р англійцю Уілсона вдалося створити т еоретіческую модель напівпровідника, сформулювавши при цьому основи «зонної теорії напівпровідників». У 1938 р Мотт в Англії, Б.Давидов в СРСР, Вальтер Шоттки в Німеччині незалежно один від одного запропонували теорію випрямляє дії контакту метал-напівпровідник. У 1939 році Б.Давидов опублікував роботу «Диффузионная теорія випрямлення в напівпровідниках». У 1941 р В. Е. Лашкарьов опублікував статтю «Дослідження замикаючих шарів методом термозонда» і в співавторстві з К. М. Косоноговою - статтю «Вплив домішок на вентильний фотоефект у закису міді». Він описав фізику «запірного шару» на кордоні розділу «мiдь - закис міді», згодом названого «pn» переходом. У 1946 р В. Лошкарьов відкрив біполярну дифузію нерівноважних носіїв струму в напівпровідниках. Їм же був розкритий механізм інжекції - найважливішого явища, на основі якого діють напівпровідникові діоди і транзистори. Великий внесок у дослідження властивостей напівпровідників внесли И.В.Курчатов, Ю.М.Кушнір, Л.Д.Ландау, В.М.Тучкевіча, Ж.І.Алферов і ін. Таким чином, до кінця сорокових років двадцятого століття основи теоретичної бази для створення транзисторів були опрацьовані досить глибоко, щоб приступати до практичних робіт.

1. ІСТОРІЯ ВИНАХОДИ ТРАНЗИСТОРА

Першою відомою спробою створення кристалічного підсилювача в США зробив німецький фізик Юліус Лилиенфельд, що запатентував в 1930, 1932 і 1933 рр. три варіанти підсилювача на основі сульфіду міді. У 1935 р німецький у чений Оскар Хейл отримав британський патент на підсилювач на основі пятиокиси ванадію. У 1938 р німецький фізик Поль створив діючий зразок кристалічного підсилювача на нагрітому кристалі броміду калію. У довоєнні роки в Німеччині та Англії було видано ще кілька аналогічних патентів. Ці підсилювачі можна вважати прообразом сучасних польових транзисторів. Однак побудувати стійко працюють прилади не вдавалося, тому що в той час ще не було достатньо чистих матеріалів і технологій їх обробки. У першій половині тридцятих років точкові тріоди виготовили двоє радіоаматорів - канадець Ларрі Кайзер і тринадцятирічний новозеландський школяр Роберт Адамс. У червні 1948 р (до оприлюднення транзистора) виготовили свій варіант точкового германієвого тріода, який назвали транзітроном, що жили тоді у Франції німецькі фізики Роберт Поль і Рудольф Хілш. В початку 1949 р було організовано виробництво транзітронов, застосовувалися вони в телефонному обладнанні, причому працювали краще і довше американських транзисторів. У Росії в 20-х роках в Нижньому Новгороді О.В.Лосев спостерігав транзисторний ефект в системі з трьох - чотирьох контактів на поверхні кремнію і корборунда. У середини 1939 року він писав: «... з напівпровідниками може бути побудована трьохелектродна система, аналогічна тріода», але захопився відкритим їм світлодіодним ефектом і не реалізував цю ідею. До транзистору вело безліч доріг.

2. ПЕРШИЙ ТРАНЗИСТОР

Вище описані приклади проектів і зразків транзисторів були результатами локальних сплесків думки талановитих або щасливих людей, не підкріплені достатньою економічної та організаційною підтримкою і не зіграли серйозної ролі в розвитку електроніки. Дж. Бардін, У. Браттейн і У. Шоклі виявилися в кращих умовах. Вони працювали по єдиною в світі цілеспрямованої довготривалої (більше 5 років) програму з достатнім фінансовим і матеріальним забезпеченням в фірмі Bell Telephone Laboratories, тоді однією з найпотужніших і наукомістких в США. Їх роботи були розпочаті ще в другій половині тридцятих років, роботу очолив Джозеф Бекер, який привернув до неї висококласного теоретика У. Шоклі і блискучого експериментатора У. Браттейн. У 1939 р Шоклі висунув ідею змінювати провідність тонкої пластини напівпровідника (оксиду міді), впливаючи на неї зовнішнім електричним полем. Це було щось, що нагадує і патент Ю. Лілієнфельда, і пізніше зроблений і став масовим польовий транзистор. У 1940 р Шоклі і Браттейн взяли вдале рішення обмежити дослідження тільки простими елементами - германием і кремнієм. Однак всі спроби побудувати твердотільний підсилювач ні до чого не привели, і після Пірл-Харбора (практичний початок Другої світової війни для США) були покладені в довгий ящик. Шокклі і Браттейн були спрямовані в дослідницький центр, який працював над створенням радарів. У 1945 р обидва повернулися в Bell Labs. Там під керівництвом Шоклі була створена сильна команда з фізиків, хіміків і інженерів для роботи над твердотільними приладами. До неї увійшли У. Браттейн і фізик-теоретик Дж. Бардін. Шоклі зорієнтував групу на реалізацію своєї довоєнної ідеї. Але пристрій вперто відмовлялося працювати, і Шоклі, доручивши Бардіну і Браттейн довести його до розуму, сам практично усунувся від цієї теми. Два роки наполегливої ​​праці принесли лише негативні результати. Бардін припустив, що надлишкові електрони міцно осідали в приповерхневих областях і екранували зовнішнє поле. Ця гіпотеза підказала подальші дії. Плоский керуючий електрод замінили вістрям, намагаючись локально впливати на тонкий приповерхневих шар напівпровідника.

Одного разу Браттейн ненавмисно майже впритул зблизив два голчастих електрода на поверхні германію, та ще переплутав полярність напруг харчування, і раптом помітив вплив струму одного електрода на ток іншого. Бардін миттєво оцінив помилку. А 16 грудня 1947 р у них заробив твердотільний підсилювач, який і вважають першим в світі транзистором. Влаштований онбил дуже просто - на металевій підкладці-електроді лежала пластинка германію, в яку упиралися два близько розташованих (10-15 мкм) контакту. Оригінально були зроблені ці контакти. Трикутний пластмасовий ніж, обгорнутий золотою фольгою, розрізаної навпіл бритвою по вершині трикутника. Трикутник притискався до германієвої платівці спеціальною пружиною, виготовленої з вигнутою канцелярської скріпки. Через тиждень, 23 грудня 1947 р прилад був продемонстрований керівництву фірми, цей день і вважається датою народження транзистора. Всі були раді результатом, крім Шоклі: вийшло, що він, раніше всіх задумав напівпровідниковий підсилювач, який керував групою фахівців, який читав їм лекції з квантової теорії напівпровідників - не брав участі в його створенні. Та й транзистор вийшов не такий, як Шоклі задумував: біполярний, а не польовий. Отже на співавторство в «зоряному» патенті він претендувати не міг. Прилад працював, але широкій публіці цю зовні безглузду конструкцію показувати не можна було. Виготовили кілька транзисторів у вигляді металевих циліндриків діаметром близько 13 мм. і зібрали на них «безламповий» радіоприймач. 30 червня 1948 року в Нью-Йорку відбулася офіційна презентація нового приладу - транзистора (від англ. Transver Resistor - трансформатор опорів). Але фахівці не відразу оцінили його можливості. Експерти з Пентагону «засудили» транзистор до використання лише в слухових апаратах для старичків. Так короткозорість військових врятувала транзистор від засекречування. Презентація залишилася майже непоміченою, лише пара абзаців про транзисторі з'явилася в «Нью-Йорк Таймс» на 46 сторінці в розділі «Новини радіо». Таким було явище світу одного з найбільших відкриттів XX століття. Навіть виробники електронних ламп, які вклали не один мільйон в свої заводи, в появі транзистора загрози не побачили. Пізніше, в липні 1948 року народження, інформація про цей винахід з'явилася в журналі «The Physical Review». Але т ільки через деякий в час фахівці зрозуміли, що відбулася грандіозна подія, що визначила подальший розвиток прогресу в світі. Bell Labs відразу оформила патент на це революційний винахід, але з технологією було маса проблем. Перші транзистори, що надійшли в продаж в 1948 році, не вселяли оптимізму - варто було їх потрясти, і коефіцієнт посилення змінювався в кілька разів, а при нагріванні вони і зовсім переставали працювати. Але зате їм не було рівних в мініатюрності. Апарати для людей зі зниженим слухом можна було помістити в оправі очок! Зрозумівши, що навряд чи вона сама зможе впоратися з усіма технологічними проблемами, Bell Labs зважилася на незвичайний крок. У початку 1952 року його оголосила, що повністю передасть права на виготовлення транзистора всім компаніям, готовим викласти досить скромну суму в 25 000 доларів замість регулярних виплат за користування патентом, і запропонувала навчальні курси по транзисторної технології, допомагаючи поширенню технології по всьому світу. Поступово зростала очевидність важливості цього мініатюрного пристрою. Транзистор виявився привабливим з наступних причин: був дешевий, мініатюрний, міцний, споживав мало потужності і миттєво включався (лампи довго нагрівалися). У 1953 р на ринку з'явилося перше комерційне транзисторне виріб - слуховий апарат (піонером у цій справі виступив Джон Кілбі з ф. Centralab, який через кілька років зробить першу в світі напівпровідникову мікросхему), а в жовтні 1954 року - перший транзисторний радіоприймач Regency TR1, в ньому використовувалося всього чотири германієвих транзистора. Негайно взялася освоювати нові прилади і індустрія обчислювальної техніки, першою була фірма IBM. Доступність технології дала свої плоди - світ почав стрімко змінюватися.

3.СТВОРЕННЯ біполярні транзистори

У честолюбного У. Шоклі трапилося викликало вулканічний сплеск його творчої енергії. Хоча Дж. Бардін і У.Браттейн ненавмисно отримали не польовий транзистор, як планував Шоклі, а біполярний, він швидко розібрався в зробленому. Пізніше Шоклі згадував про свою «великому тижні», протягом якої він створив теорію інжекції, а в новорічну ніч винайшов площинний біполярний транзистор без екзотичних голочок. Що б створити щось нове, Шоклі по-новому глянув на давно відоме - на точковий і площинних напівпровідникові діоди, на фізику роботи площинного «p - n» переходу, легко піддається теоретичному аналізу. Оскільки точковий транзистор являє собою два дуже зближені діода, Шоклі провів теоретичне дослідження пари аналогічно зближених площинних діодів і створив основи теорії площинного біполярного транзистора в кристалі напівпровідника, з тримає два «p - n» переходу. Площинні транзистори мають ряд переваг перед точковими: вони більш доступні теоретичному аналізу, мають більш низьким рівнем шумів, забезпечують більшу потужність і, головне, більш високі повторюваність параметрів і надійність. Але, мабуть, головним їх перевагою була легко автоматизує технологія, що виключає складні операції виготовлення, встановлення та позиціонування пружних голочок, а також забезпечувала подальшу мініатюризацію приладів. 30 червня 1948 року в нью-йоркському офісі Bell Labs винахід було вперше продемонстровано керівництву компанії. Але виявилося, що створити серійноспособний площинний транзистор набагато важче, ніж точковий. Транзистор Браттейн і Бардіна - надзвичайно простий пристрій. Його єдиним напівпровідникових компонентом був шматочок щодо чистого і цілком тоді доступного германію. А ось техніка легування напівпровідників в кінці сорокових років, необхідна для виготовлення площинного транзистора, ще перебувала в дитинстві, тому виготовлення серійноспособного транзистора «по Шоклі» вдалося тільки в 1951 р У 1954 році Bell Labs розробила процеси окислення, фотолітографії, дифузії, які на багато років стали основою виробництва напівпровідникових приладів.

Точковий транзистор Бардіна та Браттейн - безумовно величезний прогрес у порівнянні з електронними лампами. Але не він став основою мікроелектроніки, вік його виявився короткий, близько 10 років. Шоклі швидко зрозумів зроблене колегами і створив площинний варіант біполярного транзистора, який живий і сьогодні і буде жити, поки існує мікроелектроніка. Патент на нього він отримав в 1951 р А в 1952 р У. Шоклі створив і поле виття транзистор, так само їм запатентований. Так що свою участь в Нобелівської премії він заробив чесно.

Число виробників транзисторів росло як сніжний ком. Bell Labs, Shockley Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Western Electric, GSI (з грудня 1951 р Texas Instruments), Motorola, Tokyo Cousin (З 1958 р Sony), NEC і багато інших.

У 1950 р фірма GSI розробила перший кремнієвий транзистор, а з 1954 р, перетворивши в Texas Instruments, почала його серійне виробництво.

4. «ХОЛОДНА ВІЙНА» ТА ЇЇ ВПЛИВ НА електроніки

Після закінчення Другої світової війни світ розколовся на два ворожі табори. У 1950-1953 рр. ця конфронтація вилилася в пряме військове зіткнення - Корейську війну. Фактично це була опосередкована війна між США і СРСР. В цей же час США готувалися до прямої війні з СРСР. У 1949 р в США був розроблений опублікований нині план «Останній постріл» (Operation Dropshot), фактично план Третє світової війни, війни термоядерної. План передбачав пряме напад на СРСР 1 січня 1957 г. Протягом місяця передбачалося скинути на наші голови 300 50-кілотонн атомних і 200 000 звичайних бомб. Для цього план передбачав розробку спеціальних балістичних ракет, підводних атомних човнів, авіаносців і багато чого іншого. Так почалася розв'язана США безпрецедентна гонка озброєнь, яка тривала всю другу половину минулого століття, що триває, не настільки демонстративно, і зараз. У цих умовах перед нашою країною, такою, що витримала безпрецедентну в моральному та економічному відношенні чотирирічну війну і домоглася перемоги ціною величезних зусиль і жертв, виникли нові гігантські проблеми щодо забезпечення власної та союзників безпеки. Довелося терміново, відриваючи ресурси від змученого війною і голодного народу, створювати нові види зброї, тримати в постійній боєготовності величезну армію. Так були створені атомні і водневі бомби, міжконтинентальні ракети, система протиракетної оборони і багато іншого. Наші успіхи в галузі забезпечення обороноздатності країни і реальна можливість отримання нищівної удару у відповідь змусили США відмовитися від реалізації плану «Dropshot» та інших йому подібних. Одним з наслідків «холодної війни» була майже повна економічна та інформаційна ізоляція протиборчих сторін. Економічні та наукові зв'язки були дуже слабкі, а в області стратегічно важливих галузей і нових технологій практично були відсутні. Важливі відкриття, винаходи, нові розробки в будь-якій області знань, які могли бути використані у військовій техніці або сприяти економічному розвитку, засекречувалися. Поставки прогресивних технологій, обладнання, продукції заборонялися. В результаті радянська напівпровідникова наука і промисловість, розвивалися в умовах майже повної ізоляції, фактичної блокади від усього того, що робилося в цій області в США, Західній Європі, а потім і Японії. Слід також зазначити, що радянська наука і промисловість в багатьох напрямках тоді займала лідируюче в світі становище. Наші винищувачі в корейській війні були краще американських, наші ракети були могутніше всіх, в космосі в ті роки ми були попереду планети всієї, перший в світі комп'ютер з продуктивністю вище 1 млн. Оп / с був наш, водневу бомбу ми зробили раніше США, балістичну ракету першої збила наша система ПРО і т.п. Відстати в електроніці означало потягнути назад всі інші галузі науки і техніки. Значення напівпровідникової техніки в СРСР розуміли чудово, але шляхи і методи її розвитку були іншими, ніж в США. Керівництво країни розуміло, що протистояння в холодній війні можна забезпечити шляхом розвитку оборонних систем, керованих надійної, малогабаритної електронікою. У 1959 році були засновані такі заводи напівпровідникових приладів, як Олександрівський, Брянський, Воронезький, Ризький і ін. У 1961 була прийнята Постанова ЦК КПРС і СМ СРСР «Про розвиток напівпровідникової промисловості», в якому передбачалося будівництво заводів і НДІ в Києві , Мінську, Єревані, Нальчику та інших містах. Причому базою для створення перших підприємств напівпровідникової промисловості стали абсолютно не пристосовані для цих цілей приміщення (будівлі комерційного технікуму в Ризі, радпартшколі в Новгороді, макаронна фабрика в Брянську, швейна фабрика в Воронежі, ательє в Запоріжжі і т.д.). Але повернемося до витоків.

5. ПЕРШІ РАДЯНСЬКИХ ТРАНЗИСТОРИ

У роки, що передують винаходу транзистора, в СРСР були досягнуті значні успіхи в створенні германієвих і кремнієвих детекторів. У цих роботах використовувалася оригінальна методика дослідження приконтактной області шляхом запровадження в неї додаткової голки, внаслідок чого створювалася конфігурація, яка повністю повторює точковий транзистор. Іноді при вимірах виявлялися і транзисторні характеристики (вплив одного «p - n» переходу на інший близько розташований), але їх відкидали як випадкові і нецікаві аномалії. Мало в чому наші дослідники поступалися американським фахівцям, не було у них лише одного - націленості на транзистор, і велике відкриття вислизнуло з рук. Починаючи з 1947 р інтенсивні роботи в області напівпровідникових підсилювачів велися в ЦНДІ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) та в НДІ-160 (НДІ «Исток», Фрязіно, лаб. А. В. Красилова). У 1948 р, група А. В. Красилова, що розробляла германієві діоди для радіолокаційний станцій, також отримала транзисторний ефект і спробувала пояснити його. Про це в журналі «Вісник інформації» в грудні 1948 ними була опублікована стаття «Кристалічний тріод» - перша публікація в СРСР про транзисторах. Нагадаємо, що перша публікація про транзисторі в США в журналі «The Physical Review» відбулася в липні 1948 року, тобто результати робіт групи Красилова були незалежні і майже одночасні. Таким чином наукова і експериментальна база в СРСР була підготовлена ​​до створення напівпровідникового тріода (термін «транзистор» був введений в російську мову в середині 60-х років) і вже в 1949 р лабораторією А. В. Красилова були розроблені і передані в серійне виробництво перші радянські точкові германієві тріоди С1 - С4. У 1950 р зразки германієвих триодов були розроблені в ФІАН (Б.М. Вул, А. В. Ржанов, В. С. Вавилов і ін.), В ЛФТИ (В.М. Тучкевіч, Д. Н. спадщини) і в ІРЕ АН СРСР (С.Г. Калашников, Н. А. Пенін і ін.).

У травні 1953 був утворений спеціалізований НДІ (НДІ-35, пізніше - НДІ «Пульсар»), заснований Міжвідомча Рада з напівпровідників. У 1955 р почалося промислове виробництво транзисторів на заводі «Світлана» в Ленінграді, а при заводі створено ОКБ з розробки напівпровідникових приладів. У 1956 р московський НДІ-311 з дослідним заводом перейменований в НДІ «Сапфір» з заводом «Оптрон» і переорієнтований на розробку напівпровідникових діодів і тиристорів. Протягом 50-х років в країні були розроблені ряд нових технологій виготовлення площинних транзисторів: сплавна, сплавно-дифузійна, Меза-дифузійна. Напівпровідникова промисловість СРСР розвивалася досить швидко: в 1955 році було випущено 96 тисяч, в 1957 р - 2,7 млн, а в 1966 р - понад 11 млн. Транзисторів. І це був тільки початок.

6. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ

Перший польовий транзистор був запатентований в США в 1926 / 30гг., 1928 / 32гг. і 1928 / 33рр. Лилиенфельд - автор цих Потенте. Він народився в 1882 році в Польщі. З 1910 по 1926 рік був професором Лейпцизького університету. У 1926 р іммігрував в США і подав заявку на патент. Запропоновані Лилиенфельд транзистори ми були впроваджені у виробництво. Найбільш важлива особливість винаходу Лілієнфельда полягає в тому, що він розумів роботу транзистора на принципі модуляції провідності виходячи з електростатики. В описі до патенту формулюється, що провідність тонкої області напівпровідникового каналу модулюється вхідним сигналом, що надходять на затвор через вхідний трансформатор. У 1935 році в Англії отримав патент на польовий транзистор німецький винахідник О.Хейл

Схема з патенту представлена ​​на Рис. де:

Керуючий електрод (1) виконує роль затвора, електрод (3) виконує роль стоку, електрод (4) роль витоку. Подаючи змінний сигнал на затвор, розташований дуже близько до провідника, отримуємо зміну опору напівпровідника (2) між стоком і витоком. При низькій частоті можна спостерігати коливання стрілки амперметра (7). Винахід є прототипом польового транзистора з ізольованим затвором. Наступний період хвилі винаходів з транзисторів настав в 1939 році, коли після трирічних пошуків по твердотельному підсилювача в фірмі "BTL" (Bell Telephone Laboratories) Шоклі був запрошений включитися в дослідження Браттейн по медноокісному випрямителю. Робота була перервана другою світовою війною, але вже перед від'їздом на фронт Шоклі запропонував два транзистора. Дослідження з транзисторів

Біполярні транзистори напівпровідникові прилади з великим числом шарів різного типу електропровідності, розташованих в різному поєднанні. Розглянемо біполярний транзистор.

Принцип дії біполярного транзистора полягає в тому, що 2 р-п переходу розташовані настільки близько один до одного, що відбувається взаємне їх вплив, внаслідок чого вони посилюють електричні сигнали.

Як показано на рис., Це три області - п-, р- і п. (В принципі може бути і навпаки: р-, п-, р-; всі міркування щодо такого транзистора будуть однакові, різниця тільки в полярностях напруг, такий транзистор називається р-п -р, а ми для простоти будемо розглядати п-р-п, зображений на рис.)

Отже, на рис. зображені три шари: з електронною електропровідністю, причому сильної, що позначає плюс - емітер, доречний - база, і знову електронної, але слабше легованої (концентрація електронів найменша) - колектор. Товщина бази, тобто відстань між двома р-п переходами, рівне Lб, дуже мала. Вона повинна бути менше дифузійної довжини електронів в базі. Це від одиниць до десятка мкм. Товщина бази повинна бути не більше одиниць мкм. (Товщина людської волосини 20-50 мкм. Відзначимо також, що це близько до межі дозволу людського ока, так як ми не можемо бачити нічого меншого, ніж довжина хвилі світла, тобто приблизно 0,5 мкм). Всі інші розміри транзистора не більше приблизно 1 мм.

До верствам прикладають зовнішня напруга так, що емітерний р-п перехід зміщений в прямому напрямку, і через нього протікає великий струм, а колекторний р-п перехід зміщений в протилежну сторону, так що через нього не повинен протікати струм. Однак внаслідок того, що р-п переходи розташовані близько, вони впливають один на одного, і картина змінюється: струм електронів, що пройшов з емітерного р-п переходу, протікає далі, доходить до колекторного р-п переходу і електричним полем останнього електрони втягуються в колектор. В результаті у хороших транзисторів практично весь струм колектора дорівнює току емітера. Втрати струму дуже незначні: відсотки і навіть частки відсотка.

Зазвичай в схемах біполярні транзистори зображаються так:

Як видно, схематичне зображення зовсім не схоже на їх дійсну конструкцію. Але так прийнято. Гурток символізує корпус транзистора. Індексом "б" позначений контакт до бази, "до" позначає контакт до колекторної області, а "е" - до емітерний області. Напрямок стрілки у емітерного контакту визначає тип транзистора (п-р-п або р-п-р).

Схема із загальною базою: Коефіцієнт посилення <1

Ми бачимо, що до емітерного р-п переходу докладено пряме зміщення: плюс до базового контакту, а мінус до емітерного контакту. До колекторного р-п переходу докладено зворотне зміщення. В цьому випадку у хорошого транзистора колекторний струм лише незначно менше емітерного.

Схема із загальним емітером

В цьому випадку в базу і в емітер подаються напруги одного знака, але в базу подається не більш 0,7 В, а в колектор - 5 ... 15 В. Коефіцієнт посилення> 1

7. ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ ТРАНЗИСТОРА

Першими транзисторами випущеними вітчизняною промисловістю були точкові транзистори, які призначалися для посилення і генерування коливань частотою до 5 МГц. В процесі виробництва перших в світі транзисторів були відпрацьовані окремі технологічні процеси та розроблені методи контролю параметрів. Накопичений досвід дозволив перейти до випуску більш досконалих приладів, які вже могли працювати на частотах до 10 МГц. Надалі на зміну точковим транзисторам прийшли площинні, що володіють більш високими електричними і експлуатаційними якостями. Перші транзистори типу П1 і П2 призначалися для посилення і генерування електричних коливань з частотою до 100 кГц.

Потім з'явилися більш потужні низькочастотні транзистори П3 і П4 застосування яких в 2-х тактних підсилювачах дозволяло отримати вихідну потужність до декількох десятків ват. У міру розвитку напівпровідникової промисловості відбувалося освоєння нових типів транзисторів, в тому числі П5 і П6, які в порівнянні зі своїми попередниками володіли поліпшеними характеристиками.

Йшов час, освоювалися нові методи виготовлення транзисторів, і транзистори П1 - П6 вже не задовольняли чинним вимогам і були зняті з виробництва. Замість них з'явилися транзистори типу П13 - П16, П201 - П203, які теж ставилися до низькочастотних не перевищує 100 кГц. Такий низький частотний межа пояснюється способом виготовлення цих транзисторів, здійснюваним методом сплаву.

Тому транзистори П1 - П6, П13 - П16, П201 - П203 називають сплавними. Транзистори здатні генерувати і підсилювати електричні коливання з частотою в десятки і сотні МГц з'явилися значно пізніше - це були транзистори тіпаП401 - П403, які поклали початок застосуванню нового дифузійного методу виготовлення напівпровідникових приладів. Такі транзистори називають дифузійними. Подальший розвиток йшло шляхом удосконалення як сплавних, так і дифузійних транзисторів, а так само створення і освоєння нових методів їх виготовлення.

З появою біполярних польових транзисторів почали втілюватися ідеї розробки малогабаритних ЕОМ. На їх основі стали створювати бортові електронні системи для авіаційної і космічної техніки.

Ріс№1

У схемі ОЕ вхідний сигнал подається на базу, а вихідний сигнал знімається з колектора. Схема і вихідні характеристики зображені на ріс.1Відно, що схема стала дуже складною. Однак головне, що тут є - це резистор Rк, який визначає коефіцієнт посилення по напрузі, і який становить від одиниць кОм до МОм (чим більше цей резистор, тим більше посилення). Всі інші елементи більш-менш условни.Прежде всього Rе необхідно для термостабілізації транзистора. Це здійснюється за рахунок зворотного зв'язку по постійному струмі, яку ми обговоримо пізніше.

Се - конденсатор, який шунтує цей резистор на робочих частотах, так що при змінному сигналі резистора немає. Цей конденсатор - кілька мкФ. Зазвичай це електролітичний конденсатор.

Ср - розділові конденсатори, які відокремлюють постійну складову сигналу на вході і виході схеми від зовнішніх сігналлов. Зазвичай це кілька мкФ.

Rб1 - важливий резистор, керуючий роботою транзистора, служить для завдання робочої точки. Цей резистор задає постійну складову струму бази. Його значення залежить від величини Rк.

Rб2 - практично непотрібний резистор, просто він ставиться для запобігання транзистора від згоряння. Його значення має бути більшим, так як стоїть він паралельно входу і може його закоротити. Зазвичай це 1 або кілька кіло, так як вхідний опір транзистора мало.

Rн - опір навантаження, краще, якщо воно велике, так як воно підключено паралельно виходу транзистора, і якщо воно буде малим, вихідний сигнал впаде.

Uвх - сигнал на вході транзистора. Як видно, на вході багато різних деталей - резисторів і конденсаторів. Але на робочих частотах опору конденсаторів малі, і вони добре пропускають сигнали. А два паралельних резистора Rб1 і Rб2 досить великі в порівнянні з вхідним опором транзистора. Тому врахуємо тільки це вхідний сопротівленіе.Обично власне опору транзистора позначаються малими буквами:

rб - опір базової області транзистора, зазвичай дуже мало - від декількох Ом до десятків Ом;

rе - опір емітерний області (десяті або соті частки Ом) і емітерного р-п переходу, звичайно зміщеного в прямому напрявленія. При відкритому транзисторі це в межах 10 ... 100 Ом. На вхід подається напруга Uвх. Струм, що протікає через базу транзістора.Через колектор протікає струм Ік = Іб. Обчислимо потенціал на колекторі. Тепер знайдемо коефіцієнт посилення по напрузі Кu = U вих / Uвх, але так як це важко, будемо шукати диференційний коефіцієнт посилення: