напівпровідниковий тріод

Напівпровідниковий тріод, або транзистор, - це електронний прилад, призначений для посилення, генерування і перетворення електричних сигналів. Складається він з двох p-n переходів, створених в одному кристалі.

Залежно від чергування переходів розрізняють p-n-p і n-p-n транзистори. Середня частина тріода називається базою. Товщина її повинна бути якомога меншою. Області з протилежним типом провідності, прилеглі до бази, називають емітером і колектором. Конструктивно колектор має більший обсяг, ніж емітер.

Розглянемо принцип роботи транзистора на прикладі схеми, зображеної на малюнку 14.7 (схема із загальною базою).

На перехід "емітер-база" подається невелика постійний зсув Uе в прямому напрямку і посилений змінний сигнал. Перехід "база-колектор" зміщується в зворотному напрямку значно більшому, ніж Uе напругою Uк. При таких зсувах опір переходу "емітер-база" невелика, опір переходу "база-колектор" велике. Це дозволяє взяти в якості навантаження великий опір Rвих.

На малюнку 14.8 зображені графіки потенціалу в залежності від координати x в напрямку перпендикулярному площинах p-n і n-p переходів (див. Рисунок 14.7).

У разі відсутності зміщення подвійний електричний шар, як ми дізналися вище, перешкоджає руху основних носіїв через p-n перехід. При прямому зміщенні переходу "емітер-база" величина бар'єра зменшується і "бар'єр" може перетворитися в "гірку", з якої будуть "скочуватися" основні носії (див. Рис. 14.5б).

Так дірки з емітера (у нас - p-область) будуть у великій кількості переходити в область бази (n-область в нашому випадку). Якщо база досить тонка, то велика частина тих, хто прийшов з емітера дірок за рахунок дифузії дійде до переходу "база-колектор", не встигнувши рекомбінувати. А тут для них, дірок, приготовлена потенційна "гірка", з якою вони "скочуються" в область колектора. У хорошого транзистора до 99% (і більше) основних носіїв, що вийшли з емітера, доходять до області колектора. Можна вважати, що струм колектора Ік приблизно дорівнює струму еммітера Iе. При зміні струму емітера, викликаному вхідним сигналом, настільки ж зміниться і струм колектора. При цьому потужність вихідного сигналу буде більше, ніж у вхідного, так як різниця потенціалів на переході "база-колектор" більше, ніж на переході "емітер-база", а електрична потужність, як відомо, дорівнює добутку струму на напругу.

Таким чином, розглянута нами схема із загальною базою підсилює сигнал по потужності.

Атоми п'ятивалентних елементів, таких як фосфор (Р), миш'як (As), сурма (Sb), додані в кристалічну решітку чотирьохвалентного напівпровідників германію (Ge) або кремнію (Si), називаються донорними домішками.
Кожен атом донорної домішки може поставити в зону провідності один електрон. Напівпровідник з донорной домішкою називається напівпровідником n-типу, тому що носіями заряду в цьому випадку яляются електрони, заряд яких від'ємний (від лат. negativ - негативний).
Енергія зв'язку донорного електрона з іонним залишком

10 -2 еВ, тому при кімнатних температурах все донорні електрони переходять в зону провідності (повна іонізація донорів). Внаслідок цього примесная електронна провідність не залежить від температури, а визначається тільки концентрацією донорів.

Атоми тривалентних елементів, таких як бор (В), алюміній (Al), галій (Ga), індій (In), додані в кристалічну решітку чотирьохвалентного напівпровідників германію (Ge) і кремнію (Si) називаються акцепторними домішками.

Кожен атом акцептора може забрати з валентної зони один електрон, створюючи в ній носій позитивного заряду - дірку. Такий домішковий напівпровідник називається напівпровідником р-типу (від лат. Positiv - позитивний).

Енергія, необхідна для іонізації акцептора невелика ( 10 -2 еВ), тому вже при кімнатних температурах все акцептори будуть іонізовані. Внаслідок цього діркова провідність не буде залежати від температури, а визначається тільки концентрацією акцепторів.

Контакт з двох домішкових напівпровідників з різним типом провідності називається p-n-переходом. Такий перехід має однобічну провідність. На основі властивостей p-n переходу працює напівпровідниковий діод.

Прилад, що складається з двох p-n переходів, створених в одному кристалі, називається напівпровідниковим тріодом або транзистором. Транзистор використовується для посилення, генерування і перетворення електричних сигналів.

Лазер (оптичний квантовий генератор) - пристрій, генерірующеекогерентние електромагнітні хвилі за рахунок вимушеного випускання світла активним середовищем, що знаходиться в оптичному резонаторі.

Термін "лазер" складається з перших букв англійського назви цього пристрою: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiаtion - посилення світла за рахунок вимушеного випускання випромінювання.

Перші квантові генератори були створені в 1953 р радянськими фізиками Н.Г. Басовим і А.М. Прохоровим і незалежно від них американським вченим Таунсом. Всім трьом в 1964 р за ці роботи присуджена Нобелівська премія з фізики. Квантові генератори, створені Басовим, Прохоровим і Таунсом, працювали в мікрохвильовому діапазоні і їх англійська назва "мазер" утворено за тим же принципом, що і термін "лазер", тільки замість слова "Light" (світло) використовується слово "Microwave" (мікрохвильове випромінювання). Перший квантовий генератор, що працює в оптичному діапазоні - рубіновий лазер - був створений в 1960 р Т. Мейманом (США).

Лазер містить три основні компоненти:

1) активне середовище. в якій створюють інверсію населеності.

2) система накачування - пристрій для створення інверсії населеності.

3) пристрій позитивного зворотного зв'язку - оптичний резонатор.

Головними процесами. приводять до лазерного випромінювання є:

1) вимушене випромінювання;

2) позитивний зворотний зв'язок.