Ця стаття буде цікавою для в першу чергу тих, хто любить і вміє майструвати. Звичайно, можна купити різні готові пристрої та прилади, в тому числі і вироби сонячної фотовольтаїки в зборі або розсипом. Але умільцям набагато цікавіше створити власний пристрій, не схоже на інші, але що володіє унікальними властивостями. Наприклад, з транзисторів своїми руками може бути виготовлена сонячна батарея, на базі цієї сонячної батареї можуть бути зібрані різні пристрої, Наприклад, датчик освітленості або малопотужне зарядний пристрій.
Збираємо сонячну батарею
У промислових гелієвих модулях як елемент, що перетворює сонячне світло в електрику, використовується кремній. Природно, цей матеріал пройшов відповідну обробку, яка перетворила природний елемент в кристалічний напівпровідник. Цей кристал нарізається на найтонші пластини, які потім служать основою для складання великих сонячних модулів. Цей же матеріал використовується і при виготовленні напівпровідникових приладів. Тому, в принципі, з достатньої кількості кремнієвих транзисторів можна виготовити сонячну батарею.
Для виготовлення гелиевой батареї найкраще використовувати старі потужні прилади, що мають маркування «П» або «КТ». Чим могутніше транзистор, тим більшу площу має кремнієвий кристал, а отже, тим більшу площу матиме фотоелемент. Бажано, щоб вони були робочі, в іншому випадку їх використання може стати проблематичним. Можна, звичайно, спробувати використовувати і несправні транзистори. Але при цьому кожен з них слід перевірити на предмет відсутності короткого замикання на одному з двох переходів: емітер - база або колектор - база.
Від того, яка структура використовуваних транзисторів (р-n-р або n-р-n), залежить полярність створюваної батареї. Наприклад, KT819 має структуру n-р-n, тому для нього позитивним ( «+») виходом буде висновок бази, а негативними ( «-») - висновки емітера і колектора. А транзистори типу П201, П416 мають структуру р-n-р, Тому для них негативним ( «-») виходом буде висновок бази, а позитивними ( «+») - висновки емітера і колектора. Якщо взяти в якості фотоперетворювача вітчизняні П201 - П203, то при хорошому освітленні можна отримати на виході струм до трьох міліампер при напрузі в 1.5 вольта.
транзистор П202М
Після того, як буде обраний тип і зібрано достатню кількість транзисторів, наприклад, П201 або П416, можна приступати до виготовлення сонячної батареї. Для цього на розточувальному верстаті слід сточити фланці транзисторів і видалити верхню частинукорпусу. Потім потрібно провести рутинну, але необхідну операцію з перевірки всіх транзисторів на придатність використання їх в якості фотоелементів. Для цього слід скористатися цифровим мультиметром, встановивши його в режим миллиамперметра з діапазоном вимірювання до 20 міліампер. З'єднуємо «плюсової» щуп з колектором перевіряється транзистора, а «мінусової» - з базою.
Якщо освітлення досить гарне, то мультиметр покаже значення струму в межах від 0.15 до 0.3 міліампер. Якщо значення струму виявиться нижче мінімального значення, то цей транзистор краще не використовувати. Після перевірки струму слід перевірити напругу. Не знімаючи щупів з висновків, мультиметр слід переключити на вимір напруги в діапазоні до одного вольта. При цьому ж освітленні прилад повинен показати напругу, рівну приблизно 0.3 вольта. Якщо показники струму і напруги відповідають наведеним значенням, то транзистор придатний для використання в якості фотоелемента в складі сонячної батареї.
Схема з'єднань транзисторів в сонячну батарею
Якщо є можливість, то можна спробувати вибрати транзистори з максимальними показниками. У деяких транзисторів в плані розташування висновків для монтажу батареї може виявитися більш зручним перехід база - емітер. Тоді вільним залишається висновок колектора. І останнє зауваження, яке потрібно мати на увазі при виготовленні гелиевой батареї з транзисторів. При складанні батареї слід подбати про відвід тепла, так як при нагріванні кристал напівпровідника, починаючи приблизно з температури + 25 ° С, на кожному наступному градусі втрачає близько 0.5% від початкової напруги.
Транзистори П203Е з радіаторами охолодження
У літній сонячний день кристал кремнію може нагріватися до температури + 80 ° С. При такій високій температурі кожен елемент, що входить до складу гелиевой батареї, може втрачати в середньому до 0.085 вольта. Таким чином, коефіцієнт корисної дії такої саморобної батареї буде помітно знижуватися. Саме для того, щоб мінімізувати втрати, і потрібен тепловідвід.
Звичайний транзистор як елемент сонячної фотовольтаїки
Крім того, що звичайний транзистор досить просто можна перетворити в фотоелектричний перетворювач, при невеликій фантазії його можна використовувати і в інших корисних схемах, використовуючи фотоелектричні властивості напівпровідника. І область застосування цих властивостей може бути сама несподівана. Причому застосовувати модифікований транзистор можна в двох варіантах - в режимі сонячної батареї і в режимі фототранзистор. У режимі сонячної батареї з двох висновків (база - колектор або база - емітер) без будь-яких модифікацій знімається електричний сигнал, що виробляється полупроводником при висвітленні його.
Фототранзистор є напівпровідниковий пристрій, що реагує на світловий потік і працює у всіх діапазонах спектру. Цей прилад перетворює випромінювання в електричний сигнал постійного струму, Одночасно посилюючи його. Струм колектора фототранзистор залежить від потужності випромінювання. Чим інтенсивніше висвітлюється область бази фототранзистор, тим більше стає струм колектора.
Зі звичайного транзистора можна зробити не тільки фотоелемент, що перетворює світлову енергію в енергію електричну. Звичайний транзистор можна легко перетворити в фототранзистор і використовувати в подальшому вже його нові функціональні можливості. Для такої модифікації підходять практично будь-які транзистори. Наприклад, серії MП. Якщо повернути транзистор висновками догори, то ми побачимо, що висновок бази припаяний безпосередньо до корпусу транзистора, а висновки емітера і колектора ізольовані і заведені всередину. Електроди транзистора розташовані трикутником. Якщо повернути транзистор так, щоб вершина цього трикутника - база - була повернута до вас, то колектор виявиться зліва, а емітер - справа.
Корпус транзистора, сточеними з боку емітера
Тепер надфілем слід акуратно сточити корпус транзистора з боку емітера до отримання наскрізного отвору. Фототранзистор готовий до роботи. Як і фотоелемент з транзистора, так і саморобний фототранзистор може бути використаний в різних схемах, що реагують на світло. Наприклад, в датчиках освітленості, які керують включенням і вимиканням, наприклад, зовнішнього освітлення.
Схема найпростішого датчика освітлення
І ті, і інші транзистори можуть бути використані в схемах стеження за положенням сонця для управління поворотом сонячних батарей. Слабкий сигналз цих транзисторів досить просто посилюється, наприклад, складеним транзистором Дарлінгтона, який, в свою чергу, вже може керувати силовими реле.
Прикладів використання таких саморобок можна навести безліч. Сфера їх застосування обмежується тільки фантазією і досвідом людини, що взявся за таку роботу. Миготливі ялинкові гірлянди, регулятори освітленості в кімнаті, управління освітленням дачної ділянки... Все це можна зробити своїми руками.
Як роблять транзистори різних типів? .. Яким чином очищають напівпровідники і надають їм монокристалічного структуру? .. Які способи дозволяють ввести в напівпровідник домішки позитивного і негативного типів? .. Як в заводських умовах виробляють звичайні транзистори, мезатранзістори і планарні? .. Які складні дилеми ставить форма бази в транзисторах для посилення ВЧ? .. Всі ці питання розглядаються тут професором радіоли.
Я з цікавістю прослухав вашу бесіду про транзисторах і з задоволенням відзначаю, що Любознайкін пояснив тобі все основні поняття, пов'язані з цим активним компонентам, які за деякі роки успішно замінили вакуумні лампи в більшості видів електронної апаратури.
Ти добре зрозумів, Незнайкин, що слабкі змінні струми, прикладені між базою і емітером, визначають струм бази, який в свою чергу викликає струм колектора. Можна сказати, що коефіцієнт посилення транзистора визначається відношенням зміни струму колектора до який викликав його зміни струму бази.
очищення напівпровідників
Я думаю, що ти хотів би знати, які типи транзисторів існують і як їх роблять. Тому я спробую описати тобі основні характеристики транзисторів і технологію їх виготовлення.
Транзистори виготовляють з германію або кремнію, причому на початку виробничого циклу потрібно мати дуже чистий напівпровідник, що володіє бездоганною кристалічною структурою.
Для усунення домішок застосовують метод нагріву, що носить назву зонного плавлення. Напівпровідниковий стрижень кладуть в кварцовий тигель і нагрівають до тих пір, поки вузька зона стержня не розплавиться. Потім цю розплавлену зону повільно пересувають від одного кінця напівпровідникового стрижня до іншого. Що тут відбувається? Домішки прагнуть залишитися в розплавленої частини. Переміщаючи цю зону від одного кінця стрижня до іншого, ми збираємо домішки в одному кінці і добре очищаємо від них іншу частину стрижня. Після цього кінець стрижня, в якому зібралися домішки, відрізають, а в добре очищеної частини залишається не більше одного атома домішок на сто мільйонів атомів напівпровідника.
високочастотний нагрів
Ти, може бути, хочеш знати, як вдається нагріти напівпровідник вузькою зоною, в якій температура досягає при очищенні германію і при очищенні кремнію? У цьому випадку на допомогу закликають електроніку. Розплавляють зону разом з тиглем поміщають в котушку, по якій протікає сильний струм високої частоти. Цей струм наводить у масі напівпровідника струми, які сильно його розігрівають. Котушку повільно переміщають уздовж тигля, що викликає відповідне переміщення розплавленої зони (рис. 132).
нагрівання магнітним полем, Наведеним струмами високої частоти і в свою чергу породжує струми в масі напівпровідника, координально відрізняється від нагрівання з допомогою полум'я.
Нагрівання полум'ям підвищує температуру поверхні тіла, а вже з поверхні завдяки теплової провідності калорій проникають в глиб тіла. При високочастотному ж нагріванні тепло відразу охоплює всю масу тіла, що нагрівається.
Додам, що цей спосіб можна використовувати і для нагріву діелектриків, але тоді в нагрівається тілі створюють електричне (а не магнітне) поле. Для цього нагрівається тіло поміщають між обкладинками конденсатора, до якої додають напруга ВЧ. Цей метод використовують в медицині, де він називається високочастотної діатермією.
Мал. 132. Очищення напівпровідника методом зонного плавлення.
Мал. 133. Розташування трьох елементів, що утворюють транзистор.
отримання монокристалла
Повернемося, однак, до напівпровідників. Тепер, коли вони добре очищені, їм потрібно надати бездоганну кристалічну структуру. Справа в тому, що зазвичай напівпровідник складається з великої кількості безладно розташованих кристалів. Таке збіговисько кристалів належить перетворити в один монокристал з виключно однорідної кристалічної структурою у всій масі.
Для цього весь напівпровідник потрібно знову розплавити; цю операцію також виконують за допомогою струмів ВЧ, що протікають по котушці. У розплав вводять крихітний кристалик, службовець запалом для бездоганної кристалізації всієї маси, і необхідна кількістьдомішок типу n або p в залежності від типу майбутніх транзисторів.
Після охолодження отримують монокристал, що володіє масою кілька кілограмів. Потім його треба буде розрізати на велику кількість маленьких шматочків, кожен з яких згодом буде перетворено в транзистор. За винятком заготовок для транзисторів великої потужності ці шматочки мають приблизно 2 мм в довжину і в ширину і кілька десятих часток міліметра в товщину.
сплавлення
Ось ми і маємо заготовки для бази. Як з них зробити транзистори? Ти без праці здогадуєшся, що для цього по обидва боки бази потрібно мати домішки типу, протилежного тому, який містить база.
Для виконання цього завдання сущесгвует кілька способів. Якщо база зроблена з германію типу p, то по обидва боки її можна накласти крихітні таблетки з індію, предсгавляющего собою домішка типу n. Нагріємо все це до температури якої індій починає плавитися; германій маній ж, як я тобі вже казав, звертається в рідину лише при нагріванні до 940 ° С.
Атоми індію вкрапляються в германій; проникнення це полегшується тепловим рухом.
Таким чином, з одного боку бази утворюється емітер, а з іншого - колектор (рис. 133). Останній повинен мати більший, ніж емітер, обсяг, так як струми розсіюють на ньому велику потужність. Само собою зрозуміло, що до кожного з цих трьох електродів необхідно припаяти дротяний висновок.
Дифузія і електроліз
Тільки що описаний мною спосіб формування емітера і колектора використовується при виробництві сплавних транзисторів. Але емітер і колектор можна також створити методом дифузії. Для цього напівпровідник нагрівають до температури, близької до точки плавлення, і поміщають його в атмосферу нейтрального газу, що містить пари домішки, призначеної для формування емітера і колектора. Атоми домішки легко проникають в напівпровідник. Залежно від дозування парів домішки і тривалості операції глибина проникнення може бути більшою або меншою. Це і визначає товщину бази.
Метод дифузії дуже добре підходить для виробництва потужних транзисторів, Так як він дозволяє вводити домішки на великих площах - таким чином можна сформувати емітер і колектор необхідних розмірів, достатніх для проходження щодо великих струмів.
Методу дифузії аналогічний електролітичний метод, при якому напівпровідник піддають дії цівок рідини, що містить домішка протилежного типу.
Як бачиш, для виробництва транзисторів використовують речовини в твердому стані - сплав, в рідкому - електроліз і в газоподібному - дифузія.
Створений одним з описаних методів транзистор поміщають в герметичний і непрозорий корпус, щоб світло не викликав в напівпровіднику фотоефекту. У корпусі створюють вакуум або заповнюють його нейтральним газом, наприклад азотом, щоб запобігти окисленню германію або кремнію киснем повітря. Корпуси для потужних транзисторів роблять з таким розрахунком, щоб вони могли розсіяти тепло і тим самим запобігти надмірний нагрів напівпровідників. Такий корпус являє собою тепловідвідний радіатор, він має великі розміри.
Високі частоти ставлять проблеми
До високочастотного транзистора пред'являються вимоги щодо товщини бази.
Якщо її товщина дуже мала, то між емітером і колектором утворюється відносно висока ємність. Тоді струми ВЧ, замість того щоб проходити через два переходи, проходять безпосередньо від емітера до колектора, які представляють собою своєрідні обкладання конденсатора.
Чи слід для зниження цієї небажаної ємності збільшити товщину бази? Ти, Незнайкин, безсумнівно, збираєшся запропонувати це рішення. Давай подивимося, наскільки воно раціонально.
Збільшивши відстань, що розділяє емітер і колектор, ти змусиш електрони проробляти між двома переходами довший шлях. Однак в напівпровіднику швидкість переміщення електронів і дірок досить низька: близько. Припустимо, що товщина бази становить ОД мм. Для проходження цієї більш ніж короткій дистанції електронам потрібно 2,5 мкс.
Це дорівнює тривалості одного напівперіоду струму з частотою, що відповідає хвилі довжиною. Як бачиш, при такій товщині бази можна посилювати лише струми, відповідні довгим хвилям.
Ось чому в ВЧ транзисторах товщину бази необхідно зробити значно меншою. При товщині бази 0,001 мм можна посилювати хвилі довжиною до, а для прийому дециметрових хвиль, на яких, зокрема, ведуться телевізійні передачі, база повинна бути ще тонше.
Як бачиш, тут ми стикаємося з двома суперечливими вимогами: щоб ємність емітер - колектор не була надто великою, потрібно збільшити товщину бази, а щоб електрони проходили через базу досить швидко, її потрібно зробити якомога тонше.
Рішення проблеми
Як же вийти з цієї дилеми? Дуже просто, знизити ємність не шляхом скорочення відстані між двома обкладинками, в ролі яких тут виступають емітер і колектор, а шляхом гранично можливого зменшення їх площ на переходах.
Мал. 134. Електролітична обробка за допомогою цівок рідини.
Мал. 135. Транзистор, в якому між базою і колектором є зона з напівпровідника з власною провідністю, що поліпшує посилення на високих частотах.
Для цієї мети домішки вводять таким чином, щоб емітер і колектор мали форму конусів, вершини яких звернені в бік бази. Такий результат досягається, зокрема, при обробці обох сторін напівпровідникової пластинки цівками рідини, яка під впливом напруги викликає електроліз і тим самим поступово вириває атоми, створюючи в напівпровіднику справжні кратери. Коли денця цих заглиблень виявляються досить близько одна від одної, змінюють напрямок напруги, а в рідину додають достатню кількість домішок, які за допомогою електролізу вводять в поглиблення, що утворюють емітер і колектор (рис. 134).
Існує категорія ВЧ транзисторів, в яких звернений до емітера шар бази містить підвищену кількість домішок, що підвищує швидкість електронів і тим самим дозволяє посилювати більш високі частоти. Такі транзистори називають дрейфовими; вони дозволяють посилювати дециметрові хвилі.
Можна йти далі в цьому напрямку, розмістивши між базою і колектором то, що називають зоною з власноюпровідність (рис. 135). Вона являє собою шар дуже чистого германію або кремнію і тому володіє посередньої провідністю. Ця зона відокремлює дуже тонку базу від колектора, що зменшує ємність між емітером і колектором і дозволяє посилювати дуже високі частоти.
Транзистори з мезаструктур
Ще один метод служить для виготовлення транзисторів, здатних працювати на частотах кілька тисяч мегагерц, завдяки чому вони, зокрема, застосовуються у вхідних схемах телевізорів.
Для виготовлення таких транзисторів беруть пластину германію типу p, яка буде служити колектором. На нижню сторону пластини міцно припаюють смужку золота - майбутнє виведення. Верхню сторону пластини піддають впливів парів сурми. Ця домішка типу n, щільність якої у поверхні вище, утворює базу. Потім на цій же стороні пластини методом дифузії вводять домішка типу p (зазвичай алюміній), яка формує емітер. Цю дифузію виробляють через решітку, в результаті чого алюміній осідає на поверхні вузькими смугами (рис. 136, а).
Після завершення цих операцій на поверхню наносять крихітні крапельки воску, кожна з яких однією стороною прикриває ділянку напівпровідника типу p - майбутній емітер, а іншою своєю частиною - ділянку типу n - майбутню базу (рис. 136, б).
Мал. 136. Послідовні етапи виготовлення мезатранзістора: а - дифузія через решітку домішки типу p; б - нанесення крапельок воску на поверхні, що утворюють емітер і базу; в - обробка кислотою і поділ пластини на окремі транзистори.
Мал. 137. Етапи виготовлення транзистора по планарной технології: а - на епітаксіальний шар наносять ізолюючий шар двоокису кремнію; б - в ізолюючому шарі створюють «вікно», через яке методом дифузії вводять домішка типу p; в - після нанесення нового ізолюючого шару в ньому створюють «вікно» менших, ніж перше, розмірів і через нього вводять домішка типу n; г - для доступу до зон бази і емітера розкривають отвори, які заповнюються металом, до якого потім припаюють висновки; д - підкладку зміцнюють на металевій пластинці, яка служить висновком колектора.
Потім всю пластину обробляють кислотою, яка підбурює всі ділянки емітерів і баз, за винятком захищених воском. Тепер залишається лише розрізати пластину на стільки транзисторів, скільки є емітерів і баз, що утворюють на колекторі невеликі своєрідні гірки з плоскою вершиною (рис. 136, в). Транзистори з такою структурою стали називати Меза, тому що в Південній Америці цим словом називають гору з плоскою вершиною.
епітаксиальні шар
Спустимося тепер з цієї гори на рівнину. Під цим я маю на увазі планарную технологію виготовлення транзисторів, що отримала дуже широке поширення, тому що вона дозволяє підготувати на одному монокристалі тисячі штук транзисторів за один технологічний цикл. Ці транзистори дозволяють також посилювати високі частоти і отримувати значні потужності.
Найчастіше такі транзистори формують на епітаксиальні шарі напівпровідника. Що ж це таке?
Колектор повинен мати невеликий питомий електричний опір, Щоб легко пропускати струм. Отже, його бажано робити з напівпровідника з великим вмістом домішок. База і емітер, навпаки, повинні мати значно менше домішок.
Для створення необхідної різниці багатий домішками напівпровідник покривають тонким епітаксіальним шаром. Для цього напівпровідник, наприклад кремній, нагрівають в атмосфері водню до температури приблизно на сто градусів нижче точки його плавлення. Потім температуру злегка знижують і одночасно вводять напівпровідник в тетрахлорид кремнію. Останній розкладається, і на поверхні напівпровідника осідає епітаксіальний шар, що складається з атомів кремнію, розташованих в ідеальному порядку кристалічної решітки. Товщина цього шару складає соту частку міліметра, а його висока чистота визначає високий питомий електричний опір.
Виготовлення транзисторів по планарной технології
Уявімо собі, що ми маємо пластину кремнію, покриту епітаксіальним шаром. Для початку нанесемо на епітаксіальний шар ізолюючий шар двоокису кремнію (рис. 137). Потім, впливаючи відповідним хімічним складом, розкриємо в ізолюючому шарі отвір, через яке введемо в епітаксіальний шар методом дифузії домішки типу p, наприклад бор; цю ділянку з домішками буде служити базою майбутнього транзистора.
Знову покриємо всю пластину ізолюючим шаром двоокису кремнію і повторним хімічним травленням розкриємо в центрі невеликий отвір. Через цей отвір методом дифузії введемо домішка типу n, наприклад фосфор. Таким чином створюють емітер.
Ще раз покриємо всю пластину ізолюючим шаром двоокису кремнію і потім розкриємо в цьому шарі два отвори: одне над емітером, а інше, розташоване в самому центрі, над базою. Через ці отвори напиленням алюмінію або золота створимо висновки емітера і бази. Що ж стосується виведення колектора, то його виготовлення не викликає складності - досить зміцнити провідну пластинку на нижньому боці колектора.
Ти, Незнайкин, безсумнівно, помітиш, що у виконаного таким чином транзистора краю переходів не мають контакту з навколишньою атмосферою; вони захищені шаром двоокису кремнію, що повністю виключає можливість псування транзистора. Двоокис кремнію більше відома під назвою кварцу.
При бажанні підвищити потужність планарного транзистора в принципі слід збільшувати площу переходу емітер - база; для цього можна також збільшити площу контакту між Етій двома зонами, зробивши емітер не у вигляді маленького кола, а в формі зірки або замкнутої ламаної лінії.
Використання світлочутливих плівок
Дізнавшись з моїх пояснень про велику кількість операцій, необхідних для виробництва транзистора по планарной технології, ти, Незнайкин, безсумнівно, думаєш, що його собівартість повинна бути дуже високою. Тому я поспішаю заспокоїти тебе.
За один прийом виготовляють кілька десятків або навіть сотень транзисторів. У виробництві застосовують фотолітографічного методи, ще ширше використовуються при виготовленні інтегральних схем, про які ми поговоримо іншим разом.
Запам'ятай, що для розкриття крихітних отворів ( «вікон») всю поверхню спочатку покривають світлочутливої плівкою, яка під впливом світла стає твердою і стійкою до розчинника, що використовується на наступному етапі. Таким чином, зазнали засветке ділянки поверхні виявляються захищеними своєрідним лаком, в який перетворилася отверділа плівка.
Як я сподіваюся, ти здогадався, що на плівку проектують світлові зображення ділянок епітаксійного шару, які не повинні піддаватися хімічній обробці. Зазвичай світлова проекція здійснюється через об'єктиви, що дозволяють зменшувати зображення, що, що сприяє микроминиатюризации ...
Я міг би розповісти тобі і про інших транзисторах, наприклад польових. Але мені не хочеться втомлювати тебе. Можеш вимкнути магнітофон.
Електроніка оточує нас усюди. Але практично ніхто не замислюється про те, як вся ця штука працює. Насправді все досить просто. Саме це ми і постараємося сьогодні показати. А почнемо з такого важливого елемента, як транзистор. Розповімо, що це таке, що робить, і як працює транзистор.
Що таке транзистор?
транзистор- напівпровідниковий прилад, призначений для управління електричним струмом.
Де застосовуються транзистори? Так скрізь! Без транзисторів не обходиться практично жодна сучасна електрична схема. Вони повсюдно використовуються при виробництві обчислювальної техніки, аудіо- і відео-апаратури.
Часи, коли радянські мікросхеми були найбільшими в світі, Пройшли, і розмір сучасних транзисторів дуже малий. Так, найменші з пристроїв мають розмір порядку нанометра!
префікс нано-позначає величину порядку десять в мінус дев'ятого ступеня.
Однак існують і гігантські екземпляри, які використовуються переважно в галузях енергетики та промисловості.
існують різні типитранзисторів: біполярні і полярні, прямий і зворотній провідності. Проте, в основі роботи цих приладів лежить один і той же принцип. Транзистор - прилад напівпровідниковий. Як відомо, в напівпровіднику носіями заряду є електрони або дірки.
Область з надлишком електронів позначається буквою n(Negative), а область з доречнийпровідністю - p(Positive).
Як працює транзистор?
Щоб все було гранично ясно, розглянемо роботу біполярного транзистора (найпопулярніший вид).
(Далі - просто транзистор) являє собою кристал напівпровідника (найчастіше використовується кремнійабо германій), Розділений на три зони з різною електропровідністю. Зони називаються відповідно колектором, базоюі емітером. Пристрій транзистора і його схематичне зображення показані на малюнку ні ж
Розділяють транзистори прямого і зворотного провідності. Транзистори p-n-p називаються транзисторами з прямою провідністю, а транзистори n-p-n - зі зворотним.
Тепер про те, які є два режими роботи транзисторів. Сама робота транзистора схожа на роботу водопровідного крана або вентиля. Тільки замість води - електричний струм. Можливі два стану транзистора - робоче (транзистор відкритий) і стан спокою (транзистор закритий).
Що це означає? Коли транзистор закритий, через нього не тече струм. У відкритому стані, коли на базу подається малий керуючий струм, транзистор відкривається, і великий струм починає текти через емітер-колектор.
Фізичні процеси в транзисторі
А тепер докладніше про те, чому все відбувається саме так, тобто чому транзистор відкривається і закривається. Візьмемо біполярний транзистор. Нехай це буде n-p-nтранзистор.
Якщо підключити джерело живлення між колектором і емітером, електрони колектора почнуть притягатися до плюса, однак струму між колектором і емітером не буде. Цьому заважає прошарок бази і сам шар емітера.
Якщо ж підключити додаткове джерело між базою і емітером, електрони з n області емітера почнуть проникати в область баз. В результаті область бази збагатитися вільними електронами, частина з яких рекомбинирует з дірками, частина потече до плюса бази, а частина (більша частина) попрямує до колектора.
Таким чином, транзистор виходить відкритий, і в ньому тече струм емітер колектор. Якщо напруга на базі збільшити, збільшиться і ток колектор емітер. Причому, при малій зміні керуючої напруги спостерігається значне зростання струму через колектор-емітер. Саме на цьому ефекті і заснована робота транзисторів в підсилювачах.
Ось коротко і вся суть роботи транзисторів. Потрібно розрахувати підсилювач потужності на біполярних транзисторах за одну ніч, або виконати лабораторну роботупо дослідженню роботи транзистора? Це не проблема навіть для новачка, якщо скористатися допомогою фахівців нашого студентського сервісу.
Не соромтеся звертатися за професійною допомогою в таких важливих питаннях, як навчання! А тепер, коли у вас вже є уявлення про транзисторах, пропонуємо розслабитися і подивитися кліп групи Korn "Twisted transistor"! Наприклад, ви вирішили купити звіт по практиці, звертайтеся в Заочник.
Альтернативні джерела електроенергії набирають популярність з кожним роком. Постійні підвищення тарифів на електроенергію сприяють цій тенденції. Одна з причин, що змушує людей шукати нетрадиційні джерела живлення - це повна відсутність можливості підключення до мереж загального користування.
Найбільш затребуваними на ринку альтернативних джерел живлення є.Ці джерела використовують ефект отримання електричного струму при впливі сонячної енергії на напівпровідникові структури, виготовлені з чистого кремнію.
Перші сонячні фотопластини були занадто дорогими, їх використання для отримання електроенергії не було рентабельним. Технології виробництва кремнієвих сонячних батарей постійно удосконалюються і зараз можна придбати за доступною ціною.
Енергія світла безкоштовна, і якщо міні-електростанції на кремнієвих елементах будуть досить дешеві, то такі альтернативні джерела живлення стануть рентабельними і отримають дуже широке поширення.
Відповідні підручні матеріали
Схема сонячної батареї на діодах Багато гарячі голови задають собі питання: а чи можна з підручних матеріалів. Звичайно ж, можна! У багатьох з часів СРСР збереглася велика кількість старих транзисторів. Це найбільш підходящий матеріал для створення міні-електростанції власними руками.
Також можна виготовити сонячну батарею з кремнієвих діодів. Ще одним матеріалом для виготовлення сонячних батарей є мідна фольга. При застосуванні фольги для отримання різниці потенціалів використовується фотоелектрохімічного реакція.
Етапи виготовлення транзисторної моделі
Підбір деталей
Найбільш придатними, для виготовлення сонячних батарей, є потужні кремнієві транзистори з буквеної маркуванням КТ або П. Усередині вони мають велику напівпровідникову пластину, здатну генерувати електричний струм під впливом сонячних променів.
Рада фахівців:підбирайте транзистори одного найменування, так як у них однакові технічні характеристикиі ваша сонячна батарея буде більш стабільною в роботі.
Транзистори повинні бути в робочому стані, в іншому випадку толку від них не буде.На фото представлений зразок такого напівпровідникового приладу, але можна взяти транзистор і іншої форми, головне, він повинен бути кремнієвим.Наступний етап - це механічна підготовка ваших транзисторів. Необхідно, механічним шляхом, видалити верхню частину корпусу. Найпростіше зробити цю операцію за допомогою невеликої ножівки по металу.
підготовка
Затисніть транзистор в лещатах і акуратно зробіть пропив по контуру корпусу. Ви бачите кремнієву пластину, яка буде виконувати роль фотоелемента.Транзистори мають три висновки - базу, колектор і емітер.
Залежно від структури транзистора (p-n-p або n-p-n), буде визначена полярність нашої батареї. Для транзистора КТ819 база буде плюсом, емітер і колектор мінусом.
Найбільша різниця потенціалів, при подачі світла на пластину, створюється між базою і колектором. Тому в нашій сонячній батареї будемо використовувати колекторний перехід транзистора.
Перевірка
Після спилювання корпусу транзисторів їх необхідно перевірити на працездатність. Для цього нам необхідний цифровий мультиметр і джерело світла.
Базу транзистора підключаємо до плюсового проводу мультиметра, а колектор до мінусової. Вимірювальний пристрійвключаємо в режим контролю напруги з діапазоном 1В.
Направляємо джерело світла на кремнієву пластину і контролюємо рівень напруги. Воно повинно бути в межах від 0.3В до 0.7В. У більшості випадків один транзистор створює різницю потенціалів 0.35В і силу струму 0.25 мкА.
для підзарядки стільникового телефонунам необхідно створити сонячну панельприблизно з 1000-ти транзисторів, яка буде видавати струм в 200-ти мА.
збірка
Збирати сонячну батарею з транзисторів можна на будь-якій плоскій пластині з матеріалу, що не проводить електрику. Все залежить від вашої фантазії.
при паралельному з'єднаннітранзисторів збільшується сила струму, а при послідовному підвищується напруга джерела.
Крім транзисторів, діодів і мідної фольги для виготовлення сонячних батарей можна використовувати алюмінієві банки, наприклад, пивні, але це будуть батареї нагрівають воду, а не виробляють електроенергію.
Дивіться відео, в якому фахівець докладно пояснює, як зробити сонячну батарею з транзисторів своїми руками:
Після того, як ми з вами стали вивчати біполярні транзистори, в особисті повідомлення стало приходити дуже багато повідомлень саме про них. Найпоширеніші питання звучать приблизно так:
Якщо транзистор складається з двох діодів, тоді чому б просто не використовувати два діоди і не зробити з них простий транзистор?
Чому електричний струм тече від колектора до емітера (або навпаки), якщо транзистор складається з двох діодів, які з'єднані або катодами або анодами? Адже ток потече тільки через діод, включений в прямому напрямку, через інший він адже текти не може?
Але ж правда ваша ... Все логічно ... Але щось мені здається, що десь є підступ ;-). А ось де ця сама "родзинка" ми і розглянемо в цій статті ...
будова транзистора
Отже, як ви всі пам'ятаєте з попередніх статей, будь біполярний транзистор, скажімо так, складається з двох діодів. для
еквівалентна схема виглядає ось так:
А для NPN транзистора
як-то ось так:
А що мудрувати? Давайте проведемо простий досвід!
У нас є усіма нами улюблений радянський транзистор КТ815Б. Він представляє з себе кремнієвий транзистор NPN провідності:
Збираємо просту схемку з ОЕ (Пробщім Еміттером), щоб продемонструвати його деякі властивості. Цей досвід я показував в попередніх статтях. Але як то кажуть, повторення - мати навчання.
Для демонстрації досвіду нам знадобиться малопотужна лампочка розжарювання і парочка Блоків живлення. Збираємо все це справа ось за такою схемою:
де у нас Bat1- це блок живлення, який у нас включається між базою і емітером, а Bat2- блок живлення, який у нас включається між колектором і емітером, і на додачу послідовно чіпляється ще лампочка.
Все це виглядає ось так:
Так як лампочка нормально світить при напрузі в 5 В, на Bat 2 я також виставив 5 В.
На Bat 1 плавно підвищуємо напруга ... і при напрузі в 0,6 В
у нас загоряється лампочка. Отже, наш транзистор "відкрився"
Але якщо вже транзистор складається з діодів, то чому б нам не взяти два діода і не "зробити" з них транзистор? Сказано зроблено. Збираємо еквівалентну схему транзистора КТ815Б з двох діодів марки 1N4007.
На малюнку нижче я позначив висновки діодів, як анод і катод, а також позначив висновки "транзистора".
Збираємо все це справа за такою ж схемою:
Так як наш транзистор КТ815Б були кремнієвий, і діоди 1N4007 теж кремнієві, то по ідеї транзистор з діодів повинен відкритися при напрузі 0,6-0,7 В. Додаємо напруга на Bat1 до 0,7 В ...
і ...
немає, лампочка не горить ((
Якщо зверніть увагу на блок живлення Bat1, то можна побачити, що споживання при 0,7 В становила вже 0,14 А.
Простіше кажучи, якщо б ми ще трохи піддали напруга, то спалили б діод "база-емітер", якщо, звичайно, згадати вольтамперная характеристику (ВАХ) діода.
Але чому, в чому справа? Чому транзистор КТ815Б, який по суті складається з таких же кремнієвих діодів пропускає через колектор-емітер електричний струм, а два діода, спаяних також, не працюють як транзистор? Де ж зарита собака?
А ви знаєте, як в транзисторі розташовані ці "діоди"? Якщо врахувати, що N напівпровідник - це хліб, а тонкий шар шинки - це P напівпровідник, то в транзисторі вони розташовуються приблизно ось так (на салат не дивимося):
Справа вся в тому, що база в транзисторі по ширині дуже тонка, Як ця шинка, а колектор і емітер по ширині як ці половинки хліба (трохи перебільшую звичайно, вони трохи менше), тому, транзистор, поводиться як транзистор :-), тобто відкривається і пропускає струм через колектор-емітер.
Завдяки тому, що база дуже тонка по ширині, значить два P-N переходу знаходяться на дуже маленькій відстані один від одного і між ними відбувається взаємодія. Ця взаємодія називається транзисторним ефектом. А який може бути транзисторний ефект між діодами, у яких відстань між двома P-N переходамияк до Місяця?
