Читать книгу «Юный радиолюбитель [7-изд]» онлайн.
Рис. 82. Вольт-амперная характеристика стабилитрона (а) и схема параметрического стабилизатора напряжения (б)
По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет очень медленно — характеристика идет почти параллельно оси Uoбp. Но при некотором напряжении Uoбp (на рис. 82, а — около 8 В) р-n переход стабилитрона пробивается и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт-амперная характеристика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси Iобр. Этот участок и является для стабилитрона работам. Пробой же р-n перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторого допустимого значения.
На рис. 82, б приведена схема возможного практического применения стабилитрона. Это так называемый параметрический стабилизатор напряжения. При таком включении через стабилизатор V течет обратный ток Iобр, создающийся источником питания, напряжение которого может изменяться в значительных пределах. Под действием этого напряжения ток Iобр, текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему нагрузке Rн остается практически неизменным — стабильным. Резистор R ограничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон. Со стабилизаторами напряжения тебе неоднократно придется иметь дело на практике.
Вот наиболее важные параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uобр, ток стабилизации Iст, минимальный ток стабилизации Iст.min. и максимальный ток стабилизации Iст.max.Параметр Uст - это то напряжение, которое создается между выводами стабилизатора в рабочем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до 180 В. Минимальный ток стабилизации Iст.min - это наименьший ток через прибор, при котором начинается устойчивая работа в режиме пробоя (на рис. 82, а — штриховая линия Iст.min); с уменьшением этого тока прибор перестает стабилизировать напряжение.
Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max — это наибольший ток через прибор (не путай с током, текущим в цепи, питающейся от стабилизатора напряжения), при котором температура его р-n перехода не превышает допустимой (на рис. 82, а — штриховая линия Iст.max). Превышение тока Iст.max ведет к тепловому пробою р-n перехода и, естественно, к выходу прибора из строя. Основные параметры некоторых стабилитронов, наиболее часто используемых в радиолюбительских конструкциях, приведены в приложении 3.
В сетевом блоке питания, например, о котором я буду рассказывать в восьмой беседе, будет использован стабилитрон Д813. Напряжение его стабилизации (при Iст = 5 мА) может быть от 11,5 до 14 В, Iст.min = 3 мА, Iст.max = 20 мА, максимальная рассеиваемая мощность Рmax(Uст·Iст. max) = 280 мВт.
Перейдем к транзисторам.
В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как-то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко. С них я и начну рассказ.
Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer — преобразователь и resistor — сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 83), которые образуют два р-n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя — электропроводностью другого типа.
Рис. 83. Схематическое устройство и графическое изображение на схемах транзисторов структуры р-n-р и n-р-n
У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 83, а), то такой прибор называют транзистором структуры р-n-р. У транзистора структуры n-р-n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними область с дырочной электропроводностью (рис. 83, б).
Прикрой листком бумаги любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на рис. 83. Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую крайнюю область — коллектором. Это три электрода транзистора. Во время работы транзистора его эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в транзисторе структуры р-n-р) или электроны (в транзисторе структуры n-р-n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером. Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в транзисторах она обращена в сторону базы, а в n-р-n транзисторах — от базы.
Электронно-дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры р-n-р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n — база.
Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными. Запомни наименования р-n переходов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой эмиттерный.
Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на рис. 84.
Рис. 84. Устройство и конструкция сплавного транзистора структуры р-n-р
Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные транзисторы серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Буква М в обозначении говорит о том, что корпус транзистора холодносварной, буква П — первоначальная буква слова «плоскостной», а цифры — порядковые заводские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие разновидность транзистора данной серии.
Существуют другие способы изготовления транзисторов, например, диффузионно-сплавной (рис. 85).
Рис. 85. Устройство диффузионно-сплавного транзистора структуры р-n-р
Коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 85 правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 85 — левый) эмиттерную область. В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р-n перехода, образующие транзистор структуры р-n-р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308.
В настоящее время действует система обозначения транзисторов, но которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И. Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) характеризует полупроводниковый материал транзистора и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) кремниевым транзисторам, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия.
Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше +60 °C, кремниевый — выше + 85 °C).
Второй элемент - буква Т — начальная буква слова «транзистор». Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в помещаемой здесь таблице.
Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность транзисторов данной серии.
Вот некоторые примеры расшифровки обозначений транзисторов по этой системе: ГТ109А — германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А; ГТ404Г — германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г; КТ315В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В. Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения транзисторов, например П27, П401, П213, МП39 и т. д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов.
Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на рис. 86.
Рис. 86. Внешний вид некоторых транзисторов
Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р-n-р) имеет в диаметре всего 3,4 мм, его масса 0,1 г. Транзисторы этой серии предназначены для миниатюрных радиовещательных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в электронных медицинских приборах. Диаметр транзисторов ГТ309 (р-n-р) 7,4 мм, масса 0,5 г. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы КТ315 (n-р-n) выпускают в пластмассовых корпусах. Размеры корпуса 7x9x3 мм, масса 0,2 г. Эти маломощные транзисторы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.
Транзисторы МП39-МП42 (р-n-р) — самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n-р-n, транзисторы МП35-МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм, масса — не более 2 г. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты. Так выглядят и маломощные высокочастотные р-n-р транзисторы серий П401 П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках.
Транзистор ГТ402 (р-n-р) — представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры р-n-р. Высота корпусов транзисторов 18 мм, масса — не более 5 г. Их, обычно в паре, используют в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты.