Итак, ты видишь, что n-р переход пропускает ток в одном направлении и препятствует его прохождению в противоположном направлении. Это означает, что полупроводниковый n-р переход представляет собой диод, аналогичный вакуумному диоду. Вот почему n-р переход называется полупроводниковым диодом (рис. 123).
Рис. 123. Условное графическое изображение полупроводникового диода.
Он выгодно заменяет вакуумный диод во всех случаях его применения. Иначе говоря, он может служить детектором, а также выпрямителем переменного тока для питания электронных устройств. И, как ты видишь, здесь не нужно заботиться о накале, как в случае использования электронных ламп. В то же время обращение с полупроводниковым диодом требует осторожности, так как приложенное в непроводящем направлении напряжение не должно превышать некоторого предела. Выше этой величины создаваемый переходом потенциальный барьер разрушится, в результате чего диод выйдет из строя.
А теперь, когда я объяснил основные понятия, относящиеся к полупроводникам, и, в частности, поведение n-р перехода, я думаю, что ты, Любознайкин, можешь смело начать объяснять Незнайкину принцип работы и использования транзистора.
Беседа десятая
ТРАНЗИСТОР
Здесь рассматриваются основные вопросы, относящиеся к транзисторам: их конструкция, способ питания, прохождение токов во входной и выходной цепях, схема усилительного каскада, изменение тока коллектора в зависимости от приложенного на вход напряжения, входное сопротивление транзистора и рассеиваемая на нем мощность.
Незнайкин. — Мне представляется очень сложным строение этих полупроводников, которые вместе со своими трехвалентными и пятивалентными примесями образуют положительные и отрицательные зоны n-р перехода. Необходимо учитывать атомы примесей, ионизированные положительно и отрицательно, атомы самого полупроводника, которые, потеряв электрон, стали положительными дырками, и, наконец, свободные электроны. При приложении напряжения, порождающего электрический ток, начинается сложное движение этих частиц.
Любознайкин. — Успокойся, дорогой друг. В действительности прохождение тока не вызывает практически никакого перемещения атомов. Движутся только электроны, как это происходит в проводниках. Не забывай, что атомы наших полупроводников образуют кристаллическую решетку и поэтому прочно закреплены на своих местах.
Н. — Тогда я не понимаю, что сказал мне твой дядюшка, когда объяснял, как на n-р переходах изменяется плотность ионизированных атомов акцепторов и доноров в зависимости от того, находятся ли они ближе к переходу или дальше от него. Как может изменяться плотность, если эти атомы не движутся?
Л. — Очень просто, благодаря перемещению электронов, которые покидают большее или меньшее количество атомов-доноров, расположенных в одном месте, чтобы занять место на внешней оболочке атомов-акцепторов, расположенных в другом месте. И когда мы говорим, что дырка (т. е. атом, ставший положительным из-за недостатка одного электрона) перемещается от положительного полюса к отрицательному, то на самом деле речь идет не о перемещении атома, а о последовательной цепочке перемещений электронов от одного атома к другому, расположенному ближе к положительному полюсу.
Таким образом, дырка образуется на одном атоме, затем на соседнем с ним, расположенном ближе к отрицательному полюсу, затем на соседнем уже с этим и т. д. в направлении к отрицательному полюсу.
Н. — Ты меня успокоил, Любознайкин. Значит, действительно перемещаются только электроны. И благодаря движению электронов изменяются заряды некоторых атомов, которые перестают быть нейтральными и становятся положительными, если они теряют электрон, или отрицательными, если они получают лишний электрон.
Л. — С удовольствием отмечаю, что ты хорошо усвоил, что происходит на переходе. Это позволяет мне соединить два перехода, чтобы получить транзистор.
Н. — Я не очень хорошо представляю, как ты соединишь два перехода.
Л. — Это несложно. Возьми два противоположно направленных перехода, например р-n переход и n-р переход, и сделай общей их зону n. Таким образом получишь транзистор типа р-n-р. Средняя часть, в данном случае зона n, должна быть очень тонкой. Она называется базой. Одна из крайних зон р называется эмиттером, а другая — коллектором.