Текст книги "Транзистор?.. Это очень просто!"

Автор книги: Евгений Айсберг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 10 страниц)

Л. – Для облегчения налаживания самодельных приемников бывает полезно сделать эти делители регулируемыми, устанавливая для этого вместо одного из резисторов каждого делителя реостат. Чрезвычайно важно правильно выбрать рабочую точку.

Н. – Я предполагаю, что мощные транзисторы, образующие оконечный двухтактный каскад, имеют такое смещение, чтобы работать в режиме В, так как это экономит расход батарей.

Л. – Конечно. Могу ли я для проверки твоих знаний спросить, какую роль играют резисторы R₁, R₂, R₃ и R₄?

Н. – Не заблокированный конденсатором резистор R₁ представляет собой элемент отрицательной обратной связи по току. Он уменьшает искажения и повышает входное сопротивление каскада. А кроме того, его действие складывается с действием резистора R₂, который служит для стабилизации рабочей точки транзистора при изменениях температуры. Что же касается R₃, то это классический резистор связи двух каскадов усилителя низкой частоты. Наконец, резистор R₄ со своим конденсатором служит для развязки цепи коллектора, чтобы предотвратить возникновения паразитных связей с другими каскадами через общие цепи питания.

Долгой жизни транзистору

Л. – Браво, Незнайкин! Мне приятно, что я не потерял зря времени, объясняя тебе работу транзисторов и их применение в усилителях и приемниках.

Н. – Чем, однако, ограничивается использование этих «трехлапых существ».

Л. – Ты можешь себе представить, мой дорогой друг, с каким энтузиазмом мы, радиотехники, встретили эти чудесные полупроводниковые приборы, у которых размеры и масса ничтожны, аппетит более чем скромный (по сравнению с аппетитом ламп, требующих тока накала) и изумительная долговечность. Через десять лет после создания первого транзистора очень серьезные люди уже утверждали, что транзисторы могут работать по крайней мере сто тысяч часов. Забавнее всего в этой истории то, что указанные десять лет содержат всего лишь восемьдесят семь тысяч шестьсот сорок восемь часов! При этом я учел и високосные годы. И тем не менее экстраполяция, к которой так смело прибегли, оказалась правильной, а может быть даже заниженной.

Н. – Я знаю, что вычислительные машины являются крупными потребителями транзисторов. В некоторых из них установлено около десяти тысяч штук.

Л. – Ты понимаешь, какое преимущество в этом случае дают их малые размеры и практически полное отсутствие нагрева?

Н. – Я читал, что эти же малые размеры позволили сконструировать слуховые аппараты, т. е. усилители для плохослышащих, размещенные в дужках очков.

Л. – Правильно. Ты, очевидно, догадываешься, как высоко ценятся эти качества транзисторов специалистами по космическим ракетам, где на самом строгом учете каждый грамм, каждый кубический сантиметр и каждый милливатт источников питания.

Н. – Короче говоря, во всех областях транзисторы способны выгодно заменить вакуумные лампы.

Л. – Ты слишком спешишь с выводами. Пока еще имеются некоторые области, где лампы остаются незаменимыми, например в мощных передатчиках. Но уже появилось и немало таких проблем, решить которые удалось только с помощью транзисторов. Не говорит ли это тебе, что вакуумные лампы и полупроводниковые приборы могут мирно сосуществовать и каждый из них следует разумно применять с учетом его особенностей.

Мы, несомненно, еще будем иметь возможность поговорить о применении транзисторов в качестве коммутирующих устройств, мультивибраторов, триггеров, в качестве различных типов вагонов, которых ты еще не знаешь, но которые используются для составления различных электронных поездов, имеющих иное назначение, чем прием радиовещательных станций. А пока я приведу тебе только один маленький пример: преобразователь постоянного тока, который значительно проще сделать на транзисторах, чем на электронных лампах.

Бесшумный преобразователь

Н. – Что ты называешь преобразователем постоянного тока?

Л. – Устройство, позволяющее повысить напряжение источника тока. Раньше для этого нужно было использовать двигатель постоянного тока, который, работая, например, от батареи в 12 В, приводил в движение генератор постоянного тока, дающий, скажем, 120 В.

Н. – Какая сложность и какой низкий к. п. д.!

Л. – А с помощью транзистора (рис. 130) эту операцию можно выполнить без шума, без движения и с лучшей эффективностью. Для этого постоянный ток источника напряжения превращают в переменный. Это делают с помощью транзистора, работающего в качестве низкочастотного блокинг-генератора.

Рис. 130. Преобразователь, позволяющий повысить напряжение источника постоянного тока. Делитель напряжения R₁R₂ служит для подачи на базу транзистора начального смещения.

Я напомню тебе, что так называют генераторы с сильно связанными обмотками, дающие колебания далеко не синусоидальной формы, что, впрочем, в данном случае идет лишь на пользу экономичности.

Н. – О дальнейшем я догадываюсь. Третья обмотка, насаженная на тот же сердечник, но имеющая значительно больше витков, повышает напряжение переменного тока, после чего остается только выпрямить этот ток диодом и отфильтровать при помощи цепочки, состоящей из резистора R₃ и конденсаторов С₂ и С₃.

Л. – Ты, Незнайкин, еще раз доказал свою изумительную ясность ума, я тебя поздравляю! Я думаю, что ты хорошо усвоил мои уроки и не встретишь трудностей в предстоящих путешествиях по лабиринтам транзисторных схем. Однако следует сказать, что полупроводниковая техника непрерывно развивается и завоевывает новые области (в том числе и телевидение) и прогресс технологии, несомненно, приготовит нам немало сюрпризов. Поэтому я должен дать тебе добрый совет: не отставай от этого прогресса. Внимательно следи за ним, читай статьи, появляющиеся в технической периодической литературе. Всегда помни слова Фрэнсиса Бэкона: «Тот, кто не обновляется – разрушается, так как неумолимое течение времени все изменяет». И, наконец, без колебаний применяй свои знания на практике и сам экспериментируй со схемами на транзисторах. Тогда ты лучше осознаешь тот факт что…

Н. – …транзистор?.. Это очень просто!

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Письмо Любознайкина Незнайкину

Дорогой друг Незнайкин!

Как обещал тебе сегодня утром во время разговора по телефону, я попытаюсь кратко изложить прогресс в области полупроводниковой техники, происшедший со времени нашей последней встречи.

Создание транзистора открыло путь к миниатюризации электронной аппаратуры. Малые размеры кристаллического триода и практически полное отсутствие излучения тепла (за исключением мощных транзисторов) позволили значительно уменьшить габариты всех электронных аппаратов.

Но сейчас мы переживаем новый этап – этап микроэлектроники. Чтобы рассмотреть структуру устройств, реализуемых в настоящее время на базе полупроводниковой техники, необходимо прибегать к помощи микроскопа. Осуществленная в интегральных микросхемах плотность монтажа измеряется тысячами компонентов на кубический сантиметр.

Как достигается такое снижение размеров? Я постараюсь объяснить это тебе.

Технологические процессы

Уже существует множество новых микроминиатюрных устройств и каждый год появляются все новые. Поэтому было бы неразумно пытаться рассмотреть здесь все такие устройства.

Но было бы полезно описать основные технологические процессы, используемые для изготовления этих разнообразных приборов – от простого планарного транзистора до интегральных микросхем. (Наберись терпения, дорогой друг, чуть дальше я объясню тебе значение этих терминов.)

Так вот основные используемые в наши дни технологические процессы.

Окисление кремния. Изолирующий слой на поверхности кремния (основного используемого в микроэлектронике полупроводникового материала) может создаваться путем окисления самого кремния. Для этого кремний нагревается до температуры от 800 до 1300 °C в атмосфере кислорода или паров воды. В результате такого воздействия его поверхность покрывается тонким слоем двуокиси кремния (она известна под названием кварца), представляющего собой прекрасный диэлектрик. Толщина этого слоя меньше одного микрона или микрометра (тысячной доли миллиметра).

Эпитаксиальный процесс. Удельное сопротивление содержащего примеси кремния очень мало, что в некоторых случаях является серьезным недостатком. Его устраняют путем наращивания эпитаксиального слоя, в котором молекулы кремния образуют безупречную кристаллическую структуру. Об этом свидетельствует сама этимология термина: «эпи» по-гречески означает «над» (отсюда происходит слово «эпидермис» – кожный покров), а «таксис» – «порядок». Кремний, расположенный под эпитаксиальным слоем, служит для последнего механической подложкой.

Для формирования такого слоя, толщина которого может быть от 5 до 15 мкм, кремний нагревают в атмосфере водорода до температуры 1300 °C, а затем температуру постепенно снижают до 1180 °C, впуская в нагретую камеру тетрахлорид кремния. Последний, реагируя с водородом, образует газообразный хлористый водород и атомы кремния, которые в идеальном порядке осаждаются на поверхность полупроводника.

Фотолитографический процесс и маскирование. Изготовители полупроводниковых устройств прибегают к технике, используемой для изготовления типографских клише. Знаком ли ты с ней, Незнайкин?

Коротко говоря, процесс изготовления клише, выпуклые элементы которого смазываются краской и служат для переноса изображения на бумагу, начинается с фотографирования воспроизводимого рисунка на светочувствительной пленке. Во время этой операции можно в заданное число раз увеличить или уменьшить фотографируемое изображение. После этого пленка накладывается на цинковую пластинку, предварительно покрытую лаком, который под воздействием света отвердевает и становится нерастворимым в жидкости, в которой он обычно растворяется. Облучая цинковую пластинку, прикрытую пленкой с негативным изображением рисунка, а затем обрабатывая экспонированную таким образом пластинку жидким растворителем, удаляют лак со всей ее поверхности за исключением участков, образующих изображение. Затем незащищенные участки цинка травятся кислотой: в результате этой операции получают клише с рельефным рисунком.

Именно эта техника широко применяется в микроэлектронике. Рисунок с очень большим уменьшением фотографируют на стеклянную пластинку или на другой светочувствительный материал с прозрачной подложкой. Таким образом получают «маску», где рисунок образован непрозрачным тонким слоем хрома. Эта маска накладывается на поверхность полупроводника, предварительно покрытого светочувствительным лаком, отвердевшим при нагревании до 90 °C; этот лак наносится равномерным слоем тоньше микрометра.

Лак через маску облучается сильным светом, который делает нарастворимыми участки, не прикрытые хромовыми элементами изображения. После этого достаточно опустить полупроводниковую пластину в соответствующий растворитель, чтобы лак остался только на участках, которые были защищены.

Оставшийся лак делают еще более прочным путем нагрева до 150 °C. И теперь наш полупроводник готов для обработки жидкостями, способными стравить поверхность, или парами, вносящими примеси p-типа или n-типа, или подвергнуться металлизации частичками алюминия или другого металла с целью соединения различных точек будущей схемы проводящими ток полосками.

Для полноты картины я должен добавить, что в последнее время имеется тенденция вместо видимого света все чаще использовать ультрафиолетовые лучи. Я догадываюсь о твоем удивлении, дорогой друг. Но для такой замены есть две причины. Во-первых, химическое воздействие ультрафиолетовых лучей сильнее, чем видимого света. (Ты, вероятно, еще не потерял свой бронзовый загар от высокогорного солнца, богатого ультрафиолетовыми лучами.) Во-вторых, использование этих очень коротких волн объясняется также и тем, что другие волны… слишком длинные. Да, мой дорогой друг, волны видимого света длиной от 0,38 мкм (фиолетовый) до 0,78 мкм (красный) слишком длинные. Видишь, до чего мы дошли.

После завершения серии операций, начавшихся с равномерного нанесения лака на поверхность полупроводниковой пластины, лак местами удаляют, образуя «окна», т. е. участки, открытые для различных видов обработки.

Одна из наиболее часто выполняемых после образования «окон» операций заключается в удалении изолирующего слоя двуокиси кремния, покрывающего поверхность полупроводника. Для этой цели полупроводниковую пластину погружают в ванну, содержащую плавиковую кислоту и фтористый аммоний, которые растворяют все незащищенные участки двуокиси кремния.

Диффузия. В эти же участки полупроводника можно ввести некоторое количество примесей p-типа или n-типа, если нагреть пластинку в атмосфере паров соответствующих веществ. Примеси можно также наносить на пластинку, нагретую до температуры, необходимой для проникновения примесей через окна, в результате этой операции в полупроводнике в зависимости от используемых материалов образуются p-зоны или n-зоны.

Планарный эпитаксиальный транзистор

Теперь, после того как мы проанализировали основные фазы производства, в качестве примера рассмотрим, каким образом изготовляют одну из наиболее распространенных разновидностей транзисторов – планарный эпитаксиальный транзистор.

Надеюсь, что ты не забыл, что я некогда рассказывал тебе о меза-транзисторе. Можно сказать, что планарный является его прямым потомком. Как показывает само название^[20], ему совершенно несвойствен рельеф, характерный для мезатранзистора. Кроме того, он полностью выполняется в тонком эпитаксиальном слое и большая его часть прикрыта двуокисью кремния. По своим размерам он значительно меньше своего предшественника мезатранзистора. На одной подложке (так называется тонкий диск кремния) одновременно изготовляют несколько десятков или даже сотен транзисторов.

Вот последовательные стадии производства планарного транзистора структуры n-р-n:

1. Подложка (пластина кремния с проводимостью n-типа) чистится и полируется.

2. Уже описанным мною способом на ней выращивается эпитаксиальный слой, не превышающий по толщине 15 мкм и тоже содержащий примеси n-типа.

3. Поверх эпитаксиального слоя наносится изолирующий слой двуокиси кремния (рис. 131, а).

Pиc. 131. Последовательные стадии производства планарного транзистора структуры n-р-n.

4. Методом фотолитографии с химическим травлением при использовании соответствующей маски в изолирующем слое создается «окно».

5. Через «окно» с помощью диффузии вводят примеси p-типа (обычно бор) – таким образом формируется зона, служащая будущему транзистору базой (рис. 131, б).

6. Всю конструкцию вновь покрывают изолирующим слоем двуокиси кремния.

7. Вторая фотолитографическая операция с химическим травлением позволяет вскрыть «окно» в центральной части р-зоны.

8. Через это отверстие с помощью диффузии вводят примеси n-типа (например, фосфор) – таким образом формируется эмиттер транзистора (рис. 131, в).

9. В третий раз вся конструкция покрывается слоем двуокиси кремния.

10. Также в третий раз используют фотолитографию, чтобы прорезать крохотные отверстия: одно в зоне эмиттера, а другое в зоне базы.

11. Через эти отверстия наносят слой металла (для этой цели часто используют алюминий), который образует контактные площадки.

12. К маленьким металлическим площадкам припаиваются проволочки, служащие выводами для эмиттера и базы; для коллектора, состоящего из той части эпитаксиального слоя, которая не подверглась воздействию диффузии в предыдущих операциях (операции № 5 и 8), вывод создается путем прикрепления к подложке металлической пластинки (рис. 131, г, д).

Теперь изготовленный описанным способом транзистор остается лишь поместить в корпус. У тебя, дорогой друг, может сложиться впечатление, что описанные мною двенадцать операций обходятся так дорого, что планарный транзистор практически недоступен для применения в аппаратуре. Дело обстоит совершенно иначе – не забывай, что на одной подложке одновременно формируются если не сотни, то десятки транзисторов.

Величина тока и емкость

Если ток, идущий от эмиттера через базу к коллектору, велик, то в планарном транзисторе надлежит увеличить площадь перехода эмиттер – база. Однако это одновременно приводит к увеличению емкости между этими двумя зонами. А мы с тобой знаем все вытекающие отсюда отрицательные последствия и в первую очередь ограничения по частоте.

Тем не менее можно без увеличения площади перехода пропускать относительно большие токи (достигающие нескольких сотен миллиампер и даже нескольких ампер); такой результат достигается удлинением контактной линии между зонами эмиттера и базы. Для этого с помощью соответствующих масок эмиттеру придают более или менее причудливую форму. Вместо прямоугольника или круга делают зигзаг, звезду или любую другую сложную фигуру, образованную узкой линией (рис. 132).

Рис. 132. В планарном транзисторе можно пропускать относительно большие токи, удлиняя контактную линию между зонами эмиттера и базы.

Верхний предел по частоте у высокочастотных планарных транзисторов удается расширить путем создания эмиттера, состоящего из нескольких соединенных параллельно маленьких зон, и размещения в этой конструкции выводов эмиттера и базы относительно далеко от этих зон.

Подумай только, дорогой Незнайкин, что все это осуществляется на кусочках подложки, внешние размеры которых в некоторых случаях не превышают трети миллиметра! Такие сложные структуры в таком небольшом объеме… Есть от чего прийти в восхищение.

Интегральные микросхемы

Я полагаю, что теперь ты лучше поймешь значение термина микроэлектроника. Но на этом твои восхищения не закончатся.

Создав на крохотной пластинке кремния такой сложный ансамбль, как планарный транзистор, специалисты пошли дальше, сформировав на одном и том же кусочке полупроводника блок из двух взаимно дополняющих транзисторов (транзистор со структурой р-n-р и транзистор со структурой n-р-n); этот блок, как ты знаешь, используется в некоторых схемах усилителей низкой частоты. С такой же легкостью им удалось создать в одном кристалле кремния несколько диодов, а затем и других приборов: канальных транзисторов, стабилитронов и т. д.

И, что очень важно, эти различные элементы соединены между собой выводами, сделанными методом металлизации, который я тебе уже описал. Это означает, что таким образом создаются уже не отдельные элементы радиосхемы, а интегральные микросхемы – т. е. совокупность многих элементов, образующих одно или несколько функциональных устройств, конструктивно оформленных как один элемент. Такие схемы могут содержать и пассивные компоненты: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

Резисторы. Эти элементы формируются в виде линий, где вводимые в полупроводник примеси дозируются таким образом, чтобы получить заданное сопротивление. Резисторы можно создать также путем нанесения между контактными площадками по поверхности диэлектрика (двуокиси кремния) тонкого слоя резистивного материала, удельное сопротивление которого, длина и сечение рассчитываются с целью получения заданного сопротивления. Для этого часто используют нихром; придавая резистивному слою самые разнообразные рисунки, можно увеличить длину резистора.

Конденсаторы. Процесс их изготовления более сложный. Для получения конденсаторов небольших емкостей делают просто диоды, включенные в обратном направлении; эти диоды не пропускают электрический ток, но обладают некоторой емкостью.

Можно также сделать и настоящие конденсаторы; для этого на полупроводник наносят тонкий слой двуокиси кремния, служащий диэлектриком, и покрывают его слоем металла, образующего вторую обкладку конденсатора. Но следует отметить, что все создаваемые в интегральных микросхемах конденсаторы имеют небольшую емкость.

Катушки индуктивности. Ограничения по величине, о которых я говорил тебе применительно к конденсаторам, еще сильнее проявляются при изготовлении индуктивностей. Можно, конечно, нанести на полупроводник проводящий слой в виде спирали, обладающий определенной индуктивностью. Так делают в схемах, предназначенных для использования на сверхвысоких частотах. Но в принципе в интегральных микросхемах избегают использования катушек индуктивности.

Запомни, Незнайкин, что обычно стремятся сделать так, чтобы интегральная микросхема состояла в основном из транзисторов и диодов. При некоторой изобретательности удается заставить эти устройства выполнять самые различные функции: усиление во всех диапазонах частот, генерирование колебаний различной формы и частоты, коммутацию (запирание или открывание цепи – поэтому такие схемы иногда называют «вентилями») и т. д.

Технология МС

Дорогой друг, ты несомненно догадался, что сокращение МС обозначает микросхема. Это название охватывает широкую гамму разнообразных устройств; в производстве которых используют уже рассмотренные нами технологические процессы: изоляцию, применение масок, фотолитографию, диффузию, металлизацию и т. д. Но если проанализированное нами в качестве примера производство планарного транзистора требует дюжины операций, то изготовление МС обычно требует значительно большего количества операций.

Интегральные микросхемы формируются одновременно десятками или сотнями на одной пластине-подложке, имеющей диаметр 3 см и толщину 0,25 мм.

Среди микросхем, которые обычно делают на подложке из изоляционных материалов, в зависимости от метода изготовления различают: тонкопленочные микросхемы, получаемые вакуумным напылением или катодной бомбардировкой, и толстопленочные, получаемые путем нанесения соответствующих материалов по заранее созданному рисунку.

Сами интегральные микросхемы занимают ничтожный объем. Но их необходимо соединить золотыми проволочками (проволочки припаиваются под бинокулярным микроскопом) с контактами корпусов, в которые они помещаются. В этом-то и заключается драма! Объем корпуса, который может достигать одной пятой части кубического сантиметра, в тысячу раз больше объема самой МС. Не находишь ли ты в этом сходство с пауком, лапки которого занимают больше места, чем тело?.. Я добавлю, что в производстве интегральных микросхем дороже всего обходятся припайка выводов и монтаж микросхемы в корпус.

Тем не менее, дорогой Незнайкин, не будем злословить по поводу МС, являющихся прекрасной победой человеческого разума в области технологии.

В дополнение к своей исключительной портативности они обладают многочисленными достоинствами. Прежде всего следует назвать их высокую надежность. Этот термин означает, насколько можно полагаться на исправную работу устройства. А вероятность отказа у МС очень низкая, так как они сделаны из одного куска твердого тела. В них нет паек, нет и более или менее надежных контактов… Это прочная конструкция, и на нее можно положиться!

При производстве в больших количествах МС обходятся дешевле эквивалентных схем, собранных из дискретных компонентов. Применение МС позволяет существенно снизить затраты на рабочую силу.

И, наконец, малые размеры МС дают еще одно преимущество, о котором часто забывают – очень малое время перехода. В современных электронных вычислительных машинах некоторые операции производятся за время, измеряемое наносекундами, т. е. миллиардными долями секунды. Но какой путь за такую долю секунды может пройти луч света или электрический ток в прекрасном проводнике? Попробуй ответить на этот вопрос, не читая моего письма дальше и не приступая к расчетам, учитывающим скорость 300 000 км/с.

Согласен поспорить, Незнайкин, что твоя оценка далека от истины, а она гласит, что за одну наносекунду свет или электрический ток проходит 30 см. Это означает, что в ЭВМ, насчитывающих тысячи микросхем, их нужно расположить достаточно близко одну к другой, чтобы время прохождения тока не замедляло выполнения операций.

Новая философия

Появление МС настоятельно требует новой философии конструирования электронной аппаратуры. Некогда разрабатывали схемы включения компонентов, из которых собиралась аппаратура. В наши дни инженер должен придумать цепочку функций, каждая из которых выполняется одной МС.

Эволюция МС продолжается; возможности их становятся все более разнообразными. ЭВМ выступают в качестве крупных потребителей так называемых бинарных схем, обладающих двумя устойчивыми состояниями: они открыты для прохождения тока или закрыты. Я тебе уже говорил, что их называют также «вентилями».

Другие схемы называются линейными, так как их выходное напряжение изменяется пропорционально изменениям сигнала на входе.

Ничто не останавливает прогресса в этой области, мой дорогой друг Незнайкин. Если ты перечитаешь-это письмо через несколько лет, то невольно улыбнешься, так как многое несомненно изменится. Лишь одно останется неизменным – дружба, в которой заверяет тебя

Твой Любознайкин

* * *

notes

Примечания

1

Внимание! В связи с тем что электрический ток образуется перемещением электронов, которые движутся по внешней цепи от отрицательного полюса к положительному, именно такое направление тока и принято на страницах этой книги (оно обратно общепринятому условному направлению тока).

2

Некоторые мощные транзисторы выдерживают температуру, близкую к 100 °C. Это достигается введением в полупроводниковый материал относительно больших доз примесей.

3

Ядро атома углерода содержит 6 протонов и 6 нейтронов; этот атом имеет 6 электронов, из которых 2 находятся на оболочке К и 4 на оболочке L.

4

Музей в Париже, аналогичный Политехническому музею в Москве. – Прим. перев.

5

В этом месте Любознайкин допускает неточность. Ток насыщения, о котором идет речь ниже, проходит при приложении обратного напряжения только к одному р-n переходу, т. е. между средним выводом транзистора (базой) и одним из крайних. – (Прим. ред.).

6

Сопротивления, о которых говорит Любознайкин, рассчитываются путем деления малых изменений напряжений на вызываемые ими изменения тока.

Следовательно, входное сопротивление

где ΔU_б ^_ малое изменение напряжения между эмиттером и базой, а ΔI_б – возникающее в результате этого изменение тока базы.

Точно так же выходное сопротивление

где ΔU_к – изменение напряжения, приложенного между коллектором и эмиттером, а ΔI_к – соответствующее изменение тока коллектора.

Иногда при расчетах используют параметр выходная проводимость транзистора, представляющий собой отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению выходного напряжения:

(Прим. ред.).

7

Все эти рассуждения касаются транзистора структуры n-р-n. Для транзисторов структуры р-n-р полярности всех напряжений обратные. – Прим. ред.

8

Строго говоря, частотный предел работы транзистора определяется не временем пробега носителей через базу (это привело бы лишь к задержке усиливаемого сигнала), а различием времени пробега для отдельных носителей, в результате чего происходит «размывание» усиливаемого сигнала. Однако разброс времени пробега прямо пропорционален идущему в расчет среднему значению времени пробега, так что в конечном счете это время ограничивает частотный предел транзистора. – Прим. ред.

9

Емкость коллекторного перехода у тетрода остается такой же, как у триода о аналогичной геометрией. Уменьшение роли этой емкости на высоких частотах обусловлено снижением сопротивления области базы из-за того, что активная часть базы размещается в непосредственной близости от основного вывода базы. – Прим. ред.

10

Иногда пользуются понятием статической крутизны прямой передачи транзистора – отношением постоянного тока коллектора к постоянному напряжению база – эмиттер:

Прим. ред.

11

Пользуясь иной терминологией, говорят, что коэффициент передачи тока равен произведению полной проводимости прямой передачи на входное сопротивление: Y₂₁h₁₁= h₂₁.

12

Механизм нелинейных искажений в усилителях с транзисторами сложнее, чем здесь описывается. В частности, большую роль играет внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала. Изучив этот вопрос глубже, Незнайкин, быть может, умерил бы свой восторг. – Прим. ред.

13

Любознайкин несколько лукавит: он выбрал для точки P 5 В для того, чтобы эта точка оказалась на характеристике I_б – 0,2 мА, что облегчает расчеты по определению различных значений напряжений и токов.

14

На практике различают четыре вида обратной связи, схематически представленные на наших рисунках. Обратная связь может прилагаться к входу усилителя последовательно или параллельно с первоначальным сигналом. Она может порождаться выходным током (обратная связь по току) или напряжением, которое этот ток создаст на выходной нагрузке. Схемы 1 и 4 чаще применяются в однокаскадных усилителях. Схемы 2 и 3 чаще встречаются в усилителях, оканчивающихся трансформатором, причем обратной связью охватывается сразу 2–3 каскада.

15

Это «усиление», обозначенное буквой α, можно легко представить, записав, что

потому что ΔI_э = ΔI_к+ ΔI_б.

Разделив числитель и знаменатель на ΔI_б, получим:

Отсюда видно, что α меньше единицы. Выражение ΔI_к/ΔI_б, как мы помним, есть усиление по току в схеме с общим эмиттером, которое мы обозначаем буквой β. Следовательно,

Для транзисторов с большим коэффициентом β значение α, приближается к единице, иначе говоря, изменения тока на выходе и входе примерно одинаковы.

16

Усиление по току в схеме с ОК

Как видно, в схеме с ОК усиление по току несколько больше, чем в схеме с ОЭ. Между коэффициентами усиления по току трех основных схем существует очень простое соотношение

17

В предшествующем примечании мы составили очень простое соотношение между коэффициентами усиления в трех основных схемах:

β = α·γ

Следующая табличка позволяет выразить каждый из этих коэффициентов через два других:

18

Более глубокий анализ, учитывающий, в частности, выходное сопротивление первого транзистора, показал бы, что положение не столь катастрофично. Однако приведенные здесь рассуждения в первом приближении остаются в силе.

19

Изменяя смещение, мы сдвигаем нагрузочную прямую параллельно ей самой. Она сохраняет свой наклон, соответствующий данному сопротивлению нагрузки. Сопротивление коллекторной цепи постоянному току мало (это сопротивление провода первичной обмотки выходного трансформатора), так что среднее напряжение U_к на коллекторе не зависит от смещения. Таким образом, рабочая точка может переместиться из точки Р в точку Р', скользя по вертикальной линии.

20

Название «планарный» происходит от английского слова plane – плоский. – Прим. перев.