"ЗЕМЛЯ!"
Десять лет вынашивал Христофор Колумб планы дальнего плавания через Атлантический океан. Десять лет великий путешественник агитировал купцов, вельмож, королей, правительственных чиновников, добывал деньги на снаряжение кораблей. Наконец 3 августа 1492 года три небольших, по нашему времени, корабля (два из них, "Пинта" и "Нинья", имели длину около двадцати метров, а самый крупный из парусников, "Санта Мария", имел водоизмещение около ста тонн, чуть побольше, чем у нынешнего речного трамвайчика) вышли из небольшого испанского порта Палис и взяли курс на запад.
Семьдесят дней болтало упрямые парусники по океану. Семьдесят длинных, бесконечно длинных дней. Семьдесят страшных черных ночей. Семьдесят шагов в неизвестность…
Уже бродит среди бывалых матросов безумный огонек бунта: "Куда мы плывем?.. Зачем?.. Надо возвращаться назад, пока не поздно…" Уже сам капитан, хотя внешне, как всегда, спокоен и решителен, все чаще устремляет свой взгляд в бесконечность: "Куда мы плывем? Где же Индия?.. Где же земля?"… Сомнения, сомнения, тревога.
Но вот ночью 12 октября матрос Педро Триана с верхушки мачты увидел в свете луны полоску берега. "Земля! - закричал матрос хриплым от нервного напряжения голосом. - Земля!!!" Парусники капитана Христофора Колумба, оставив позади пять тысяч долгих километров Атлантики, достигли Багамских островов, достигли восточного побережья будущей Америки.
Сейчас настала и наша с вами очередь радостно крикнуть: "Земля!" После долгого и трудного путешествия, после того, как перед нашим взором прошли фантастические проекты создания мощной копии слабого сигнала и загадочные "черные ящики", в которых неведомый скульптор должен делать свое непонятное дело, после того, как мы прошли сквозь изумительные архитектурные шедевры - алмазоподобные кристаллические решетки германия и кремния и сумели увидеть, как дефекты этих решеток - свободные электроны и дырки создают проводимость полупроводникового кристалла, после того, наконец, как с помощью примесей мы научились резко увеличивать проводимость полупроводников, создавать из них рn-переходы, научились строить и понимать характеристики полупроводниковых диодов, - после всего этого мы все же достигли своей цели. Мы наконец приплыли к транзистору, и перед нами открылась огромная, неведомая пока страна. Настал момент причалить и высадиться на берег. И сейчас мы это сделаем.
Для того чтобы получить полупроводниковый триод - транзистор, - нужно объединить два плоскостных полупроводниковых диода, одну из зон сделать у них общей. Нужно, пример, взять за основу полупроводник n-типа и с двух противоположных сторон с помощью акцепторных примесей создать в нем проводимость р-типа. В этом случае мы и получим два диода, а точнее, один сдвоенный диод - в центре останется зона n, а слева и справа от нее появятся зоны р. Таким образом в одном кристалле будет создано два самостоятельных pn-перехода (рис. 30).
Рис. 30.Полупроводниковый триод, по сути дела, представляет собой два полупроводниковых диода с одной общей зоной.
Полученный нами прибор - не что иное, как транзистор. По типу имеющихся в нем зон - это транзистор со структурой р-n-р, или, короче, транзистор р-n-р. Точно так же, создав в центре кристалла зону р, общую для обоих диодов, а по краям две зоны n, мы получим транзистор n-р-n. Принципиальной разницы между этими транзисторами нет, работают они одинаково хорошо, однако в силу некоторых технологических соображений наиболее широко выпускаются транзисторы со структурой р-n-р.
Транзистор, который мы сделали из двух плоскостных диодов, тоже называется плоскостным. Первые образцы транзисторов были точечными - их получали, "приткнув" к проводниковому кристаллу две тонкие проволочки. Но вот уже много лет точечные транзисторы не выпускаются, так как они оказались хуже плоскостных. Существуют разные способы производства плоскостных транзисторов (стр. 247), и все они в той или иной степени похожи на наш учебный способ производства - объединение двух полупроводниковых диодов в одном приборе.
Для того чтобы облегчить дальнейший рассказ, давайте сразу же введем названия получившихся у нас трех зон транзистора. Средняя зона получит название "база", одна крайняя зона - "эмиттер", вторая - "коллектор". В дальнейшем станет ясно, почему "детали" транзистора называются именно так, а не иначе. А пока ограничимся лишь переводом этих слов на русский язык.
Слово "эмиттер" означает "выбрасывающий, испускающий". Все эти определения в данном случае относятся к электрическим зарядам. Эмиттер как бы выбрасывает, впрыскивает заряды в остальные слои транзистора, выпускает эти заряды в путешествие по электрическим цепям усилителя.
Коллектор - наоборот - собирает заряды на выходе из транзистора, и именно этим объясняется само его название. Слово "коллектор" означает "собирающий" и происходит от того же корня, что и "коллекционер" - "собиратель".
Название "база" - "основа" - имеет историческое происхождение, но применительно к нашей упрощенной модели транзистора оно вполне оправдано. Ведь, сооружая свой условный транзистор, мы взяли за основу именно базу - средний полупроводниковый кристалл, а затем уже создали рn-переходы, введя с двух сторон в кристалл необходимые примеси.
Тот рn-переход, который возник между базой и эмиттером, мы для краткости будем называть эмиттерным переходом, а рn-переход между базой и коллектором будем называть коллекторным переходом.
Кстати, о конструкции транзистора. Пока будем считать, что все три его составные части - эмиттер, база и коллектор - устроены одинаково и чем-то напоминают три склеенные спичечные коробки.
Итак, мы построили транзистор. Что дальше? А дальше нужно заставить его усиливать слабые электрические сигналы. Нужно заставить транзистор выполнять роль скульптора - "лепить" из постоянного тока мощную копию слабого сигнала.
Для начала подведем к транзистору необходимые питающие напряжения и посмотрим, что в нем при этом будет происходить. Все свои опыты мы будем проводить с транзистором р-n-р, так как именно эти транзисторы в дальнейшем будут нам встречаться чаще всего. К нашему подопытному транзистору, как и к любому другому, необходимо подвести два питающих постоянных напряжения, и мы пока используем для этой цели две отдельные батареи (рис. 31).
Рис. 31.Эмиттерный pn-переход транзистора всегда включен в прямом направлении, а коллекторный pn-переход - в обратном направлении.
Эмиттерная батарея Бэподключена к эмиттерному переходу "плюсом" к эмиттеру и "минусом" к базе. Это значит, что напряжение Еэбдействует на эмиттерный переход в прямом направлении. Само обозначение Еэбв данном случае говорит о том, что речь идет о напряжении ("плюс") на эмиттере относительно базы. Или, что то же самое, о напряжении ("минус") на базе относительно эмиттера. Под действием "минуса" на базе туда начнут двигаться дырки из эмиттера (поскольку у нас диод р-n-р, то в эмиттере основные носители - это дырки), то есть через диод эмиттер - база пойдет прямой ток (рис. 32).