Пока цепь эмиттера разомкнута, ток в цепи коллектора очень мал, так как для основных носителей свободного заряда – электронов в базе и дырок в коллекторе – переход заперт.

При замыкании цепи эмиттера дырки – основные носители заряда в эмиттере – переходят из него в базу, создавая в этой цепи ток I_э. Но для дырок, попавших в базу из эмиттера, p–n–переход в цепи коллектора открыт. Большая часть дырок захватывается полем этого перехода и проникает в коллектор, создавая ток I_к. Для того, чтобы ток коллектора был практически равен току эмиттера, базу транзистора делают в виде очень тонкого слоя (размеры базы 10^-7 м очень малы), при этом до 95% дырок эмиттера проникают в коллектор, почти не рекомбинируя (т.к. не успевают) с электронами базы.

При изменении тока в цепи эмиттера изменяется сила тока и в цепи коллектора.

Если в цепь эмиттера включен источник переменного напряжения U_вх, то на резисторе R, включенном в цепь коллектора, также возникает переменное напряжение U_вых, амплитуда которого может во много раз превышать амплитуду входного сигнала (при условии, что сопротивление R – очень велико). Следовательно, транзистор выполняет роль усилителя переменного напряжения.

Основное свойство транзистора – изменение сопротивления перехода Б – К под действием силы тока эмиттера – это означает, что участок Б – К представляет собой переменное сопротивление, подобное реостату.

Однако такая схема усилителя на транзисторе является неэффективной, так как в ней отсутствует усиление сигнала по току, и через источники входного сигнала протекает весь ток эмиттера I_э. В реальных схемах усилителей на транзисторах источник переменного напряжения включают так, чтобы через него протекал только небольшой ток базы I_б=I_э–I_к. Малые изменения тока базы вызывают значительные изменения тока коллектора. Усиление по току в таких схемах может составлять несколько сотен раз.

П рименение транзистора очень широко – заменяют электронные лампы во многих цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Достоинства:

1. Отсутствие накаленного катода.

2. Компактны, по размерам и массе.

3. Работают при более низком напряжении.

Недостаток: очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и проникающим излучениям.

Т ермистор. Так как в полупроводниках электрическое сопротивление очень сильно зависит от температуры – это свойство полупроводников используется для измерения температуры по силе тока I в цепи с полупроводником.

Такие приборы называют термисторы или терморезисторы (форма самая разнообразная - стержни, трубки, диски, шайбы, бусинки, пластинки размерами от нескольких мкм до нескольких см). Терморезисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления, который обычно в десятки раз больше, чем у металлов и металлических сплавов.

У словно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные (предназначенные для работы при температурах ниже 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К. Такие свойства термисторов обусловили их широкое применение в устройствах термостабилизации, автоматики, защиты от перегрузок и пожарной сигнализации.

Терморезистор был изобретен Самюэлем Рубеном

в 1930 году.

Терморезисторы способны работать в различных климатических условиях и при значительных механических нагрузках. Однако, с течением времени, при жёстких условиях его эксплуатации, например, термоциклировании, происходит изменение его исходных термоэлектрических характеристик.

Ф оторезистор. Электронная проводимость полупроводников зависит не только от температуры, но и от освещенности – эффект не связан с нагреванием, т.к. может наблюдаться при неизменной температуре.

Электронная проводимость повышается из-за разрыва связей и образования свободных электронов и «дырок» за счет энергии света – явление фотоэлектронного эффекта.

Д ля регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, селена Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются германий Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu, или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.

Применяют в фоторезисторах или фотосопротивлениях для регистрации даже слабых световых потоков, определяют качество обработки поверхности, контролируют размеры и т.д.

Подведем итоги.

Полупроводниковые приборы в настоящее время широко применяются в современной радиотехнике, автоматике, телемеханике и других областях науки и техники. Применение микросхем привело к революционным изменениям во многих областях современной электронной техники. Это особенно ярко проявилось в электронной вычислительной технике. На смену громоздким ЭВМ, содержащим десятки тысяч электронных ламп и занимавшим целые здания, пришли персональные компьютеры.

На ИСЗ и на межпланетных кораблях устанавливают полупроводниковые солнечные батареи, в которых электрический ток создается за счет энергии Солнца. Солнечные батареи могут работать

• на крышах домов – цель – получение энергии для их отопления,

• на электромобилях – автомобили без ДВС.

В солнечных батареях главная часть – полупроводники с p–n– переходом, в которых за счет энергии света возникает ЭДС.

Самые ценные качества:

• исключительно малые размеры (мкм),

• долговечность (их свойства прочности не меняются со временем),

• 

  Академик А.Ф. Иоффе, работы которого получили широкое мировое признание, писал: «Можно предвидеть, что с помощью полупроводников будут решены многие фундаментальные задачи, как прямое превращение световой и тепловой энергии в электрическую энергию, а также электрической энергии в механическую и обратно, без помощи машин … Самые совершенные радиоприемники и самая сложная аппаратура для сигнализации, автоматики и телеуправления будут иметь ничтожные габариты и стоить во много раз дешевле».

  возможность легко менять их электропроводность.

Его предвидение сбывается сейчас!

Современная технология позволяет производить полупроводниковые приборы – диоды, транзисторы, полупроводниковые фотоприемники и т.д. – размером в несколько микрометров. Качественно новым этапом электронной техники явилось развитие микроэлектроники, которая занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения.

Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных элементов – сверхмалых диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов, соединительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе на одном кристалле. Микросхема размером в 1 см² может содержать несколько сотен тысяч микроэлементов.

При изготовлении интегральной микросхемы на пластинку из полупроводника (обычно это кристаллы кремния) наносятся последовательно – слои примесей, диэлектриков, напыляются слои металлов (каждый по своей технологии нанесения). В результате – на одном кристалле одновременно создается несколько тысяч транзисторов, конденсаторов, резисторов и диодов, соединенных проводниками в определенную схему.

Размеры такой микросхемы обычно 55 мм, а отдельных микроприборов – порядка 10^–6 м. Погрешности при нанесении не должны превышать 0,2 мкм.

В последнее время всё чаще стали обсуждать возможность создания электронных микросхем, в которых размеры элементов будут сопоставимы с размерами самих молекул, т.е. порядка 10^–9–10^–10 м. Для этого на очищенную поверхность монокристалла никеля или кремния с помощью туннельного микроскопа напыляются небольшие количества атомов или молекул других веществ. Поверхность кристалла охлаждается до –269 °С, чтобы исключить заметные перемещения атомов вследствие теплового движения. Размещение отдельных атомов в заданных местах открывают фантастические возможности создания хранилищ информации на атомном уровне. Это уже предел «миниатюризации».