Юный радиолюбитель [7-изд] - Виктор Борисов

Рис. 81. Стабилитрон и его графическое обозначение на схемах

По устройству и принципу работы кремниевые стабилитроны широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам. Но работает стабилитрон не на прямом, как выпрямительные или высокочастотные диоды, а на том участке обратной ветви вольт-амперней характеристики, где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение обратного тока через прибор. Разобраться в сущности действия стабилитрона тебе поможет его вольт-амперная характеристика, показанная на рис. 82, а. Здесь (как и на рис. 75) по горизонтальной оси отложены в некотором масштабе обратное напряжение Uoбp, а по вертикальной оси вниз — обратный ток Iобр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности, т. е. включают так, чтобы его анод был соединен с отрицательным полюсом источника питания. При таком включении через стабилитрон течет обратный ток Iобр.

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).