Работа на транзистор

Когато пееш песен в микрофона, той преобразува промените във въздушното налягане в промени в електрическия ток и ако сега включиш това към тонколона, тя преобразува тези промени в тока обратно в звук. Но вероятно няма да чуеш нищо и причината е, че този създаден от микрофона ток е много малък, създава много малки вибрации и, като резултат, няма да чуеш нищо, но ако някак можеш да увеличиш силата на тока тук и да задържиш формата му точно същата, сега, тъй като токът се е увеличил, тонколоната ще вибрира много добре и, тъй като формата е точно същата, ще чуеш същите глас и песен. За да работи това успешно, по средата ни трябва уред, който да увеличава силата на тока, но в същия момент трябва да оставя формата на звуковите вълни и тока същата. Устройства, които правят това, се наричат усилватели и обикновено тези усилватели се намират в самите тонколони. По-рано усилвателите били големи и обемни. Това е правело тонколоните ни големи и огромни. За да създадем, да кажем, джобно радио или слушалки е трябвало да направим малки усилватели. И Шокли, Братейн и Бардър, които работели в лаборатория, осъзнали, че ключът към създаването на много малък усилвател бил използването на дотирани полупроводници и след много проучвания и експерименти най-накрая създали първия полупроводников усилвател през около 1947-48. Нека открием какво направили. Идеята им била да използват полупроводник тип n с много електрони и по средата да сложат полупроводник тип р с много малко дупки. Или, друго нещо, което можеш да направиш, е да вземеш полупроводник тип р с много дупки и по средата да сложиш полупроводник тип n с много малко електрони. Те нарекли това транзистор. И ще видим каква е причината за това име в бъдещи видеа, но тъй като този материал има n ето тук, после има р и после има n отново, наричаме това npn транзистор и, подобно, ако погледнеш тук, имаш р, после n, после отново р и наричаме това pnp транзистор. И ключовото нещо тук е средната област. Тук е р, а тук е n. Трябва да удовлетвори две условия – едното е, че трябва да бъде много малко и след малко ще видим защо трябва да е много малко, и второто е, че трябва да е съвсем леко дотирано, както ще видиш, дотирането тук е много по-малко от това тук – и същото имаме и в другия случай. Ще видим, че при такива обстоятелства тези неща ще действат като усилвател. Можем да разгледаме или npn, или pnp – нека разгледаме npn и да видим как действа като увеличител. Ето го нашия npn транзистор. Да започнем като включим захранване. Да сложим метални проводници и, да кажем, прикрепяме положителния терминал на захранването тук. Да кажем, че това е +5 волта. А отрицателният терминал, който обикновено е заземяващият терминал, ще свържем с – и, между другото, не показвам това захранване както би било в реална верига, практична верига, тук ще е положителният, а тук ще е отрицателният терминал на захранването и той ще е свързан тук, но аз просто игнорирам тази част от веригата – тя, разбира се, съществува, но я игнорирам, за да можем да се фокусираме повече върху действието на транзистора. Какво мислиш ще се случи? Спри видеото и помисли. Тъй като тук имаме положителен терминал, може да очакваме електроните да бъдат "издърпани" навън ето така и може тук да имаш ток, електроните може да текат ето така, но за да се получи това, електроните трябва постоянно да текат от тази област към тази област. Трябва ни електронен поток навсякъде, но могат ли електроните от тази област да протекат в тази област? Отговорът е не, а причината е, че, нали помниш, всеки pn преход има обеднена зона, която действа кто бариера за потока на преобладаващите носители на заряда. Тук преобладаващи са електроните. Те "искат" да протекат оттук до тук, поради дифузията, но бариерата им пречи и, като резултат, тъй като тези електрони не могат да текат оттук до тук, поради бариерата, тези електрони не могат да преминат до другата страна и няма да има ток във веригата. И, без значение какво напрежение пуснеш, дори ако пуснеш 10 волта или 15 волта, не може да очакваш да има ток. Няма да има ток. Но ако искаме ток, можем да прикрепим друг терминал ето тук. Можем да прикрепим друг терминал тук и да сложим друга верига тук. Да кажем, че прикрепим положителен терминал към това. Отново, няма да чертая цялата верига, а само положителния терминал – да кажем, че положителният терминал има напрежение от 0,7 волта. И след малко ще видиш защо избирам 0,7 волта. Какво мислиш ще се случи? Спри видеото и помисли за това. Ако гледаш внимателно, забележи, р-страната е свързана с положителния терминал, този край е заземен и, като резултат, при предно свързване този преход – този преход е предно свързан и, подобно, ако погледнеш прехода тук, забележи, n-страната е свързана с по-положителен терминал от р и, като резултат, това е с обратно свързване. Това е обратно свързано и сега, помни, когато един p-n преход е обратно свързван, той не позволява поток на преобладаващи носители на заряда и тези електрони и дупки не могат да текат. Но този преход е с предно свързване и при предно свързване преобладаващите носители на заряда могат да протичат. Те могат да дифундират едни в други и, ако помислиш, за силикона, ако стигнеш до 0,7 волта, тогава обеднената област изчезва и, като резултат, тези електрони и дупки сега могат лесно да дифундират едни в други – нека покажа това. Тези електрони ще започнат да дифундират в р и, разбира се, тези дупки дифундират тук, но ще игнорирам дупките, понеже те са много малко на брой. Въпросът е какво ще се случи с тези електрони. И сега стигаме до връхната точка в действието на транзистора. Забележи, тези електрони могат или да бъдат "издърпани" навън оттук, понеже това е положително, или могат да бъдат "издърпани" навън оттук, понеже тук това е положително. Помни, когато имаме предно свързване в p-n преход, за да могат тези електрони да бъдат "издърпани", те трябва да преминат през рекомбинация. Говорихме много за това в предишни видеа, така че ако искаш да си изясниш нещата, ще е добре да ги гледаш. Но за да могат електроните да бъдат "издърпани", те трябва да преминат през рекомбинация и шансовете за рекомбинация в транзистора са много, много малки поради две причини. Едната е, че тази р област е много слабо дотирана, така че има много малък брой дупки и, като резултат, шансовете за рекомбинация са малки. Но втората причина е, че това е много тънко и, като резултат, повечето електрони, които бъдат вкарани тук, вече ще се намират в този край и, като резултат, може да бъдат "изтеглени" от това напрежение. Можеш да си го представиш и по следния начин – когато те стигнат този преход, понеже той е с обратно свързване – помни, обратното свързване не позволява поток на преобладаващи носители на заряда, но по-малкото на брой носители на заряда ускоряват и тези електрони в областта р са по-малкото на брой носители на заряда – поради електрическото поле те ускоряват и се събират ето тук, и могат да текат през този терминал тук. Сега повечето електрони, които биват вкарани тук, ще излязат оттук и само част от тях ще бъдат рекомбинирани и, като резултат, "издърпани" оттук, така че ако трябва да дадем някакви числа, можем да кажем, че в секунда биват вкарани 100 електрони и, може би, един електрон в секунда бива "издърпан" от този терминал поради рекомбинацията. И, като резултат, около 99 електрона биват "издърпани" оттук, което означава, че в този проводник токът е 99 пъти по-голям от тока в този проводник и може да се чудиш защо това има значение. Нека помислим по следния начин. За да "издърпаме" един електрон оттук, когато опитаме да "издърпаме" един електрон оттук, около 99 електрона биват "издърпани" оттук, така можем да мислим за това. И, представи си, че увеличим напрежението и опитаме да "издърпаме" повече електрони оттук, да кажем, два електрона. Какво ще се случи? Тук имаме статистиката. Видяхме, че от 100 един бива "издърпан", така че за да премахнем 2, около 200 ще бъдат вкарани тук – като увеличаваш напрежението на предното свързване, повече биват вкарани тук. 200 биват вкарани, 2 излизат оттук, а това означава, 198 ще бъдат събрани ето тук. Забележи, това означава, че когато удвоиш това, това също се удвоява и ако това беше утроено, това също ще се утрои. Ако това беше наполовина, това също ще е наполовина. И, с други думи, когато токът в този проводник варира, токът в този проводник ще варира точно по същия начин. Но токът тук винаги ще е 99 пъти по-голям от тока ето тук. С други думи, токът в този проводник е усилена версия на тока в този проводник. И точно това ни трябва. Ако искаш да използваш това, за да усилиш звука, тогава можеш да свържеш микрофона тук и сега микрофонът ще предоставя напрежението, което е необходимо, за да бъде този преход с предно свързване. Предоставеното от микрофона напрежение ще зависи от този звук – ако звукът е много силен, напрежението ще е високо; ако звукът е много тих (например ако шепнеш), напрежението ще е много ниско. Инженерите, разбира се, ще опитат да се уверят, че напрежението тук няма да слезе под 0,7 волта, но не мисли за това. Това напрежение ще варира в зависимост от звука и, като резултат, токът в този проводник също ще варира в зависимост от звука. И, познай, токът в този проводник ще варира по точно същия начин, по който токът тук варира. Това видяхме. Но е 99 пъти по-силен, усилен е, така че ако свържеш това с тонколона, тогава в тонколоната генерираният звук ще е много по-силен от звука, който създаваш тук, но формата на звуковите вълни ще е точно същата, понеже вариациите са точно същите, което означава, че звукът ще е точно като гласа ти, но ще е много по-силен. И така един транзистор може да се използва като усилвател.