Auf Siliziumtransistoren. Transistoren inländischen bipolaren

Transistor   (Transistor) - ein Halbleiterelement mit drei Anschlüssen (normalerweise), von denen einer ( sammler) Ein starker Strom wird angelegt, und auf der anderen Seite ( basis) serviert schwach ( steuerstrom). Bei einem bestimmten Steuerstrom „öffnet“ sich das Ventil und der Strom vom Sammler   beginnt zu fließen auf   dritte Schlussfolgerung ( emitter).

Das heißt, der Transistor ist eine Art ventilDies führt bei einer bestimmten Stromstärke zu einer drastischen Verringerung des Widerstands und ermöglicht einen weiteren Stromfluss (vom Kollektor zum Emitter), da die Löcher, in denen sich ein Elektron befindet, unter bestimmten Bedingungen einen neuen verlieren und so weiter in einem Kreis. Wenn kein elektrischer Strom an die Basis angelegt wird, befindet sich der Transistor in einem ausgeglichenen Zustand und überträgt keinen Strom zum Emitter.

In modernen elektronischen Chips ist die Anzahl der Transistoren in Milliarden geschätzt. Sie werden hauptsächlich für Berechnungen verwendet und bestehen aus komplexen Verknüpfungen.

Halbleitermaterialien, die hauptsächlich in Transistoren verwendet werden, sind: silizium, galliumarsenid   und germanium. Es sind auch Transistoren eingeschaltet kohlenstoffnanoröhren, transparent   für Displays LCDund polymer   (das vielversprechendste).

Vielzahl von Transistoren:

Bipolar- Transistoren, in denen Ladungsträger sowohl Elektronen als auch "Löcher" sein können. Strom kann gerne fließen in Richtung des Emitters, so und in Richtung des Sammlers. Bestimmte Steuerströme werden zur Steuerung des Durchflusses verwendet.

- die zirkulierenden Geräte, bei denen der elektrische Fluss durch das elektrische Feld gesteuert wird. Das heißt, wenn ein größeres Feld gebildet wird, werden mehr Elektronen von ihm eingefangen und können die Ladungen nicht weiter übertragen. Das heißt, es ist eine Art Ventil, das die übertragene Ladungsmenge ändern kann (wenn der Feldeffekttransistor gesteuert wird) pn— Übergang). Ein charakteristisches Merkmal dieser Transistoren sind eine hohe Eingangsspannung und eine hohe Spannungsverstärkung.

Kombiniert- Transistoren mit kombinierten Widerständen oder andere Transistoren im selben Gehäuse. Sie werden für verschiedene Zwecke verwendet, hauptsächlich jedoch zur Erhöhung der Stromverstärkung.

Untertypen:

Bio-Transistoren- basierend auf biologischen Polymeren, die in der Medizin und Biotechnologie eingesetzt werden können, ohne lebende Organismen zu schädigen. Die Untersuchungen wurden auf der Basis von Metalloproteinen, Chlorophyll A (aus Spinat gewonnen), Tabakmosaikvirus durchgeführt.

Einzelelektronentransistoren   - wurden zuerst von russischen Wissenschaftlern in geschaffen 1996. Kann im Gegensatz zu seinen Vorgängern bei Raumtemperatur arbeiten. Das Funktionsprinzip ähnelt einem Feldeffekttransistor, ist jedoch subtiler. Der Signalgeber besteht aus einem oder mehreren Elektronen. Dieser Transistor wird auch als Nano- und Quantentransistor bezeichnet. Mit dieser Technologie erwarten sie in Zukunft Transistoren mit einer Größe von weniger als 10 nm, aufgrund graphen.

Wofür werden Transistoren verwendet?

Transistoren werden in verwendet verstärkerschaltungen, lampen, elektromotoren   und andere Geräte, bei denen eine schnelle Änderung der aktuellen Position erforderlich ist   aufaus. Der Transistor kann die Stromstärke ebenfalls begrenzen reibungslosoder Methode schwung—pause. Die zweite wird häufiger für das Management verwendet. Mit einer starken Stromquelle leitet er es durch sich selbst und reguliert einen schwachen Strom.

Wenn der Strom nicht ausreicht, um die Transistorschaltung einzuschalten, dann mehrere Transistoren   mit größerer Empfindlichkeit, kaskadenartig verbunden.

Leistungstransistoren, die in einem oder mehreren Paketen angeschlossen sind, werden in Volldigitalverstärkern verwendet. Oft brauchen sie zusätzliche Kühlung. In den meisten Schemata arbeiten sie in schlüsselmodus   (im Schaltmodus).

Transistoren werden ebenfalls verwendet in Nahrungsmittelsystemensowohl digital als auch analog ( motherboards, grafikkarten, netzteile   & etc).

Zentral prozessoren, bestehen auch aus Millionen und Abermilliarden von Transistoren, die in einer bestimmten Reihenfolge für spezialisierte geschaltet sind rechnen.

Jede Gruppe von Transistoren codiert das Signal auf eine bestimmte Weise und leitet es an die Verarbeitung weiter. Alle Arten und ROM   Speicher, ebenfalls bestehend aus Transistoren.

All das errungenschaften der Mikroelektronik   wäre praktisch unmöglich   ohne die Erfindung und Verwendung von Transistoren. Es ist schwierig, sich mindestens ein elektronisches Gerät ohne mindestens einen Transistor vorzustellen.

• Übersetzung

Als Demonstration der Leistungsfähigkeit des Konzepts erstellte das Team ein Germaniumsubstrat auf einem Isolator, in dem zunächst Inverter mit planaren Transistoren und dann mit FinFET-Transistoren hergestellt wurden

Vor fast 70 Jahren drückten zwei Physiker der Bell Labs - John Bardeen und Walter Brattain - zwei dünne Goldkontakte in eine Platte aus Deutschland und stellten einen dritten Kontakt von der Unterseite der Platte her. Der Strom, der durch diese Struktur fließt, könnte verwendet werden, um ein schwaches Signal in ein starkes Signal umzuwandeln. Als Ergebnis erschien der erste Transistor, ein Verstärker und ein Schalter, der möglicherweise die größte Erfindung des 20. Jahrhunderts geworden ist. Dank Moores Gesetz entwickelte der Transistor Computer, die weit über das hinausgingen, was in den 1950er Jahren möglich schien.

Trotz der herausragenden Rolle Deutschlands in der Frühgeschichte der Transistoren wurde es bald durch Silizium ersetzt. Aber jetzt ist dieses Material überraschenderweise bereit, zurückzukehren. Führende Hersteller von Chips denken darüber nach, Komponenten im Herzen des Transistors - dem leitenden Kanal - zu ersetzen. Die Idee ist, Silizium durch ein Material zu ersetzen, das in der Lage ist, Strom besser zu leiten. Das Erstellen von Transistoren mit solchen Kanälen kann Ingenieuren dabei helfen, die Schaltungsleistung in Bezug auf Geschwindigkeit und Energieeffizienz weiter zu verbessern, was in den folgenden Jahren die Entwicklung verbesserter Computer, Smartphones und vieler anderer Geräte zur Folge hat.

  Lange Zeit drehte sich das Interesse an alternativen Kanälen um Verbindungen A III B V wie Galliumarsenid, die aus Atomen links und rechts vom Silizium im Periodensystem bestehen. Und ich habe an dieser Studie teilgenommen. Vor acht Jahren habe ich die Fortschritte beim Bau von Transistoren auf solchen Verbindungen angegeben.

Zwei Transistoren im FinFET-basierten Inverter enthalten Finnenkanäle, die sich von der Substratebene abheben (rosa Kanäle oben, rosa Kanäle unten und ein weiterer Satz abgeschrägter Ansichten). Die Abstände zwischen den "Rippen" oben betragen einige zehn Nanometer.

Als Ergebnis stellten wir jedoch fest, dass der Ansatz mit A III B V grundlegende physikalische Einschränkungen aufweist. Es wäre wahrscheinlich auch zu teuer und schwierig, sich in die bestehende Siliziumtechnologie zu integrieren. Vor einigen Jahren begann mein Team an der Purdue University mit einem anderen Gerät zu experimentieren: mit einem Transistor, dessen Kanal aus Germanium besteht. Seitdem haben wir die ersten Konturen des CMOS (der komplementären Metalloxidhalbleiterstruktur) demonstriert. Ungefähr dieselbe Logik wie in modernen Computern, nur aus Germanium hergestellt, das auf gewöhnlichen Siliziumsubstraten gewachsen ist. Aus diesem Material haben wir auch eine Reihe verschiedener Transistorarchitekturen erstellt. Dazu gehören Nanodraht-Bauelemente, die der nächste Produktionsschritt sein können, wenn die derzeit besten Transistoren, der FinFET, nicht mehr weiter reduziert werden können.

Und was noch interessanter ist, es stellt sich heraus, dass die Rückkehr von Germanium zur Arbeit nicht so schwierig ist, wie es scheint. Transistoren, die eine Kombination aus Silizium und Germanium im Kanal verwenden, sind bereits in neuen Chips zu finden, und sie wurden erstmals 2015 bei einer Demonstration zukünftiger Chipherstellungstechnologien von IBM vorgestellt. Diese Entwicklungen können der erste Schritt der Branche sein, immer mehr Anteile von Germanium in die Kanäle einzuführen. Nach einigen Jahren werden wir möglicherweise mit der Tatsache konfrontiert, dass das Material, aus dem die Transistoren stammen, dazu beigetragen hat, sie in die nächste Ära herausragender Leistung zu überführen.

Germanium wurde erstmals Ende des 19. Jahrhunderts vom deutschen Chemiker Clemens Winkler isoliert und entdeckt. Das Material wurde zu Ehren der Heimat des Wissenschaftlers benannt und galt immer als schlecht leitender Strom. Dies änderte sich im Zweiten Weltkrieg, als die Halbleitereigenschaften von Germanium entdeckt wurden - das heißt die Fähigkeit, zwischen leitendem und blockierendem Strom umzuschalten. In den Nachkriegsjahren entwickelten sich Halbleiterbauelemente in Deutschland rasant. In den Vereinigten Staaten stieg die Produktion aufgrund der Marktanforderungen von einigen hundert Pfund im Jahr 1946 auf 45 Tonnen in den 1960er Jahren. Aber Silizium hat gewonnen; Es ist zu einem beliebten Material für Logik- und Speicherchips geworden.

Und für die Siliziumdominanz gibt es gute Gründe. Erstens ist es mehr und es ist billiger. Silizium hat eine breitere verbotene Zone, eine Energiebarriere, die überwunden werden muss, um Leitfähigkeit zu erzeugen. Je größer diese Zone ist, desto schwieriger ist es, dass der Strom zum falschen Zeitpunkt durch das Gerät fließt und Energie verschwendet. Als Bonus waren Silizium und Wärmeleitfähigkeit besser, was die Wärmeabfuhr erleichterte, damit die Schaltkreise nicht überhitzen.

In Anbetracht aller Vorteile ist es selbstverständlich, interessiert zu sein - warum sollten wir überhaupt über die Rückkehr Deutschlands zum Sender nachdenken? Die Antwort lautet Mobilität. Elektronen in Germanium bewegen sich bei Raumtemperatur fast dreimal schneller als in Silizium. Und die Löcher - das Fehlen eines Elektrons im Material, das als positive Ladung angesehen wird - bewegen sich fast viermal schneller.

Neunstufiger CMOS-Oszillator, eingeführt im Jahr 2015

Die Tatsache, dass Elektronen und Löcher in Deutschland so mobil sind, macht sie zu einem geeigneten Kandidaten für CMOS-Schaltungen. CMOS kombiniert zwei verschiedene Transistortypen: p-Kanal-FET (pFET), dessen Kanal einen Überschuss an freien Löchern enthält, und n-Kanal-FET (nFET), der einen Überschuss an Elektronen enthält. Je schneller sie sich bewegen, desto schneller arbeiten die Konturen. Eine Verringerung der für ihre Bewegung erforderlichen Spannung bedeutet auch eine Verringerung des Energieverbrauchs.

Natürlich ist Germanium nicht das einzige Material mit einer solchen Partikelmobilität. Die zuvor erwähnten A III B V -Verbindungen, Materialien wie Indiumarsenid und Galliumarsenid, können auch eine hohe Elektronenmobilität aufweisen. Elektronen in Indiumarsenid sind fast 30-mal mobiler als in Silizium. Das Problem ist jedoch, dass diese Eigenschaft nicht für Löcher gilt - sie sind nicht viel beweglicher als jene in Silizium. Und diese Einschränkung macht es unmöglich, Hochgeschwindigkeits-pFETs zu erzeugen, und das Fehlen von Hochgeschwindigkeits-pFETs macht den Empfang schneller CMOS-Schaltungen ungültig, da sie nicht mit einem sehr großen Unterschied in den Geschwindigkeiten von nFETs und pFETs arbeiten können.

Eine Lösung besteht darin, aus jedem Material das Beste herauszuholen. Forscher in vielen Laboratorien, beispielsweise der europäischen Halbleiterforschungsorganisation Imec und dem Zürcher Labor von IBM, haben Wege aufgezeigt, Schaltungen zu schaffen, in denen nFET-Kanäle aus den Zusammensetzungen A III B V und pFET aus Germanium bestehen. Und obwohl diese Technologie es Ihnen ermöglicht, sehr schnelle Konturen zu erstellen, erschwert sie die Produktion erheblich.

Daher bevorzugen wir den einfachen Ansatz mit Germanium. Die germanischen Kanäle sollten schneller werden, und die Produktionsprobleme werden nicht so gravierend sein.

Wie geht es dir aus deutschland

Damit Germanium - oder ein anderes Material - in Produktion gehen kann, muss eine Möglichkeit gefunden werden, es zu den derzeit für die Herstellung von Chips verwendeten Siliziumsubstraten hinzuzufügen. Glücklicherweise gibt es viele Möglichkeiten, eine Germaniumschicht auf das Siliziumsubstrat aufzubringen, aus der Sie dann Kanäle erstellen können. Die Verwendung einer dünnen Schicht beseitigt zwei Hauptprobleme von Germanium - die im Vergleich zu Silizium hohen Kosten und die relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Aber um das Silizium im Transistor zu ersetzen, reicht es nicht aus, nur eine dünne und hochwertige Germaniumschicht zu stopfen. Der Kanal sollte einwandfrei mit den anderen Bauteilen des Transistors zusammenarbeiten.

In den allgegenwärtigen modernen CMOS-Chips werden MOS-basierte Transistoren verwendet (Metalloxidhalbleiter - MOSFET; Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor - MOSFET). Er hat vier Grundteile. Die Quelle und der Abfluss sind der Start- und Endpunkt der aktuellen Bewegung; der Kanal, der sie verbindet; ein Verschluss, der als Ventil dient und das Vorhandensein von Strom im Kanal steuert.

In Wirklichkeit enthält der hochwertige Transistor noch andere Bestandteile. Einer der wichtigsten ist der Gate-Isolator, der verhindert, dass Gate und Kanal kurzgeschlossen werden. Atome in Halbleitern wie Silizium, Germanium und A III B V -Verbindungen sind dreidimensional angeordnet. Eine ideal flache Oberfläche kann nicht hergestellt werden, daher weisen die Atome, die sich oben auf dem Kanal befinden, mehrere hervorstehende Bindungen auf. Sie benötigen einen Isolator, der so viele dieser Verbindungen wie möglich verbindet. Dieser Vorgang wird als Passivierung oder Oberflächenbehandlung bezeichnet. Bei minderwertiger Herstellung können Sie einen Kanal mit "elektrischen Schlaglöchern" erhalten, die voll von solchen Stellen sind, an denen Ladungsträger vorübergehend verweilen können, was ihre Mobilität und folglich die Geschwindigkeit des Geräts verringert.

Links: nFET von A III B V und Germanium-pFET-Formulierungen, Stücke beider Materialien werden auf einem isolierten Siliziumsubstrat gezüchtet.
  Rechts: Beide Transistoren bestehen aus Germanium, das an das Substrat gebunden ist.

Glücklicherweise hat die Natur Silizium mit einem natürlichen Isolator versehen, der gut mit seiner kristallinen Struktur übereinstimmt: Siliziumdioxid (SiO 2). Und obwohl es in modernen Transistoren exotischere Isolatoren gibt, haben sie immer noch eine dünne Schicht dieses Oxids, das zur Passivierung des Siliziumkanals dient. Da Silizium und SiO 2 eine enge Struktur aufweisen, bindet eine gut ausgebildete SiO 2 -Schicht 99.999 von 100.000 freien Bindungen - und es gibt ungefähr so ​​viele von ihnen pro Quadratzentimeter Silizium.

Galliumarsenid und andere A III B V -Verbindungen enthalten keine natürlichen Oxide und Germanium auch nicht - daher sollte es theoretisch ein ideales Material für die Passivierung des Kanals geben. Das Problem ist, dass Germaniumdioxid (GeO 2) schwächer als SiO 2 ist und von Wasser absorbiert und gelöst werden kann, das zur Reinigung der Substrate bei der Herstellung von Chips verwendet wird. Schlimmer noch, der Wachstumsprozess von GeO 2 ist schwer zu kontrollieren. Ein ideales Bauelement erfordert eine Schicht aus GeO 2 mit einer Dicke von 1 bis 2 nm, in Wirklichkeit ist es jedoch schwieriger, eine Schicht mit einer Dicke von weniger als 20 nm herzustellen.

Die Forscher untersuchten verschiedene Alternativen. Ein Stanford-Professor, Krishna Saraswat, und seine Kollegen, die bereits in den 2000er Jahren das Interesse geweckt hatten, Deutschland als alternatives Material zu nutzen, untersuchten zunächst Zirkoniumdioxid, ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, wie es heute in Hochgeschwindigkeitstransistoren verwendet wird. Basierend auf ihrer Arbeit untersuchte eine Gruppe aus Imec in Belgien, was mit einer superfeinen Siliziumschicht getan werden kann, um die Grenzfläche zwischen Germanium und ähnlichen Materialien zu verbessern.

Die Passivierung Deutschlands wurde jedoch 2011 erheblich verbessert, als das Team von Professor Shinichi Takagi von der Universität Tokio einen Weg aufzeigte, das Wachstum des Germaniumisolators zu kontrollieren. Erstens haben Forscher eine Nanometerschicht eines anderen Isolators, Aluminiumoxid, auf dem Germaniumkanal aufgewachsen. Danach wurden sie in eine Sauerstoffkammer gegeben. Ein Teil des Sauerstoffs gelangte durch die Aluminiumoxidschicht zum unteren Germanium und vermischte sich mit ihm, wobei eine dünne Oxidschicht gebildet wurde (die Verbindung von Germanium mit Sauerstoff, technisch jedoch nicht GeO 2). Aluminiumoxid hilft nicht nur, das Wachstum zu kontrollieren, sondern dient auch als Schutzbeschichtung für eine weniger stabile Schicht.

Nanodraht-Kanäle

Vor einigen Jahren begann meine Gruppe in Perdue, angeregt durch diese Entdeckung und angesichts der Schwierigkeit, pFETs mit Kanälen von A III B V zu erzeugen, nach Wegen zu suchen, wie Transistoren auf Germaniumkanälen hergestellt werden können. Wir begannen mit der Verwendung von Substraten mit Germanium auf einem Isolator, der vom französischen Hersteller Soitec entwickelt wurde. Dies sind Standard-Siliziumsubstrate mit einer Isolierschicht unter einer 100 nm Germaniumschicht.

Mit diesen Substraten können Sie Transistoren erstellen, bei denen alle Standardteile - Source, Kanal und Drain - aus Germanium bestehen. Der Transistorhersteller muss diesem Entwurf nicht folgen, aber es war für uns einfacher, die grundlegenden Eigenschaften von Germanium-Bauelementen zu untersuchen.

Eines der ersten Hindernisse war der Kampf gegen den Widerstand zwischen Source und Drain des Transistors und den sie mit der Außenwelt verbindenden Metallelektroden. Der Widerstand ergibt sich aus der natürlichen Schottky-Elektronenbarriere, die am Berührungspunkt von Metall und Halbleiter auftritt. Silikontransistoren wurden unermüdlich optimiert, um diese Barriere zu minimieren, so dass Ladungsträger sie leicht überwinden können. Im Germanium-Gerät sind jedoch schwierige technische Lösungen erforderlich. Aufgrund der Nuancen der elektronischen Struktur bewegen sich Löcher leicht von Metall zu Germanium, aber Elektronen sind nicht sehr. Dies bedeutet, dass nFETs, die auf Elektronenbewegung beruhen, einen sehr hohen Widerstand, Wärmeverlust und Stromverlust aufweisen.

Die Standardmethode, um die Barriere dünner zu machen, besteht darin, der Source und dem Drain mehr Dotierstoff hinzuzufügen. Die Physik des Prozesses ist komplex, kann aber wie folgt dargestellt werden: Mehr Verunreinigungsatome führen mehr freie Ladungen ein. Mit einer Fülle von freien Ladungsträgern nimmt die elektrische Wechselwirkung zwischen den Metallelektroden und der Halbleiter-Source und -Drain zu. Dies hilft, den Tunneleffekt zu verbessern.

Leider funktioniert diese Technologie mit Germanium schlechter als mit Silizium. Das Material hält hohen Dotierstoffkonzentrationen nicht stand. Wir können jedoch Orte verwenden, an denen die Dichte der Verunreinigungen maximal ist.

Dazu nutzen wir die Tatsache, dass modernen Halbleitern Verunreinigungen durch ultrahohe elektrische Felder hinzugefügt werden, die Ionen in das Material drücken. Einige dieser Atome hören sofort auf, während andere tiefer eindringen. Infolgedessen erhalten Sie eine Normalverteilung: Die Konzentration an Verunreinigungsatomen in einer bestimmten Tiefe ist maximal und nimmt dann ab, wenn Sie sich nach innen oder in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Wenn wir die Elektroden von Source und Drain in einen Halbleiter vertiefen, können wir sie an Orten mit der höchsten Konzentration an Verunreinigungsatomen platzieren. Dies reduziert das Problem des Kontaktwiderstands drastisch.

Kontakte sind bis in die Tiefe der maximalen Konzentration von Verunreinigungsatomen eingetaucht

Unabhängig davon, ob Chiphersteller mit diesem Ansatz die Schottky-Barriere in Deutschland reduzieren, ist dies eine nützliche Demonstration ihrer Fähigkeiten. Das Beste, was Germanium-nFETs zu Beginn unserer Studie zeigten, war ein Strom von 100 μA pro μm Breite. 2014 berichteten wir auf dem VLSI-Symposium für Technologie und Schaltungen in Hawaii über Germanium-nFETs, die in der Lage sind, 10-mal mehr Strom zu übertragen, was in etwa mit Silizium vergleichbar ist. Nach sechs Monaten zeigten wir die ersten Schaltungen mit Germanium-nFET und -pFET, eine notwendige Voraussetzung für die Herstellung moderner Logikschaltungen.

Seitdem haben wir mit Germanium fortschrittlichere Transistoren wie den FinFET gebaut - den Stand der Technik. Wir haben sogar Nanodraht-Transistoren in Deutschland hergestellt, die in den kommenden Jahren FinFET ersetzen könnten.

Diese Entwicklungen sind erforderlich, um Germanium in der Massenproduktion einzusetzen, da Sie mit ihrer Hilfe den Kanal des Transistors besser steuern können. Aufgrund der kleinen verbotenen Zone von Germanium benötigt ein solcher Transistor nur ein Viertel der Energie, die benötigt wird, um in den leitenden Zustand eines Siliziumtransistors zu wechseln. Dies eröffnet Möglichkeiten für energiesparende Arbeiten, erhöht aber auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein Strom zu einem Zeitpunkt ausläuft, an dem dies nicht der Fall sein sollte. Mit einem Gerät mit besserer Kontrolle über den Kanal können Hersteller eine kleine verbotene Zone verwenden, ohne Kompromisse bei der Geschwindigkeit eingehen zu müssen.

Wir sind gut gestartet, haben aber noch einen Job. Beispielsweise sind zusätzliche Experimente mit Substraten erforderlich, die Transistoren mit hochwertigen Germaniumkanälen zeigen sollen. Sie müssen auch Designverbesserungen vornehmen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Natürlich ist Germanium nicht die einzige Option für Transistoren der Zukunft. Die Forscher untersuchen weiterhin Verbindungen A III B V, die sowohl mit Germanium als auch separat verwendet werden können. Die Anzahl möglicher Transistorverbesserungen ist enorm. Diese Liste enthält Transistoren auf Kohlenstoffnanoröhren, vertikal ausgerichtete Schalter, dreidimensionale Schaltkreise, Kanäle aus einer Mischung von Germanium und Zinn sowie Transistoren, die auf dem Prinzip des Quantentunnelns basieren.

In den kommenden Jahren werden wir möglicherweise einige der aufgeführten Technologien anpassen. Der Zusatz von Germanium - auch im Gemisch mit Silizium - ist jedoch eine Lösung, mit der die Hersteller die Transistoren in naher Zukunft weiter verbessern können. Germanium, das ursprüngliche Material der Halbleiterzeit, könnte das Allheilmittel für das nächste Jahrzehnt sein.

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Transistor- ist ein Halbleiterbauelement zum Verstärken, Invertieren, Umwandeln elektrischer Signale sowie zum Schalten elektrischer Impulse in elektronischen Schaltkreisen verschiedener Bauelemente. Es gibt Bipolartransistoren, die Kristalle verwenden. n-und p-typ- und Feldtransistoren (unipolar), die auf einem Germanium- oder Siliziumkristall mit einem Leitfähigkeitstyp hergestellt sind.

Bipolartransistoren

Physikalische Prozesse in Transistoren pnptyp und npngeben Sie dasselbe ein. Ihr Unterschied ist, dass die Ströme in den Basen der Transistoren pnptypen werden von den Hauptladungsträgern übertragen - Löcher und in Transistoren npn-Typ - durch Elektronen.

Jeder der Übergänge des Transistor-Emitter ( B-e) und Sammler ( Bk) kann entweder in Vorwärts- oder in Gegenrichtung eingefügt werden. Abhängig davon gibt es drei Betriebsarten des Transistors:

• abschaltmodus- beides pnÜbergänge sind geschlossen, während ein relativ kleiner Strom durch den Transistor fließt Ich   0 wegen geringfügiger Ladungsträger;
• sättigungsmodus- beides pn- der Übergang ist offen;
• aktiver Modus- ein von pn-Übergänge offen und der andere geschlossen.

In den Modi Cut-Off und Sättigung fehlt praktisch die Transistorsteuerung. Im aktiven Modus führt der Transistor die Funktion aus aktives Elementelektrische Schaltkreise verstärken Signale, erzeugen Schwingungen, schalten usw.

Wenn die Spannung am Emitterübergang direkt und am Kollektor umgekehrt ist, wird das Einschalten des Transistors als normal angesehen, mit der entgegengesetzten Polarität der Spannungsumkehr.

Durch Anlegen eines negativen Potentials der Quellenspannung an den Kollektor und eines positiven Potentials an den Emitter (Fig. 21) im Schaltkreis des Transistors mit einem gemeinsamen Emitter wurde somit der Emitterübergang geöffnet Äh-Bund den Kollektor herunterfahren B-Zuwährend der Kollektorstrom Ich K0 =   Ich e0 =   Ich 0   klein, es wird durch die Konzentration von Minoritätsträgern (in diesem Fall Elektronen) bestimmt. Wird zwischen dem Emitter und der Basis eine kleine Spannung (0,3-0,5 V) in Durchlassrichtung angelegt pn-Übergang Äh-Bdann passiert injektionlöcher vom Emitter zur Basis, die den Emitterstrom bilden - Ich. In der Basis rekombinieren die Löcher teilweise mit freien Elektronen, aber gleichzeitig von einer externen Spannungsquelle. E b(E b <   E R)   Neue Elektronen gelangen zur Basis und bilden einen Basisstrom I B.

Abbildung 21-Schaltung des Bipolartransistors

Da die Basis im Transistor die Form einer dünnen Schicht hat, rekombiniert nur ein unbedeutender Teil der Löcher mit den Basiselektronen und ihr Hauptteil erreicht den Kollektorübergang. Diese Löcher werden vom elektrischen Feld des Kollektorübergangs erfasst, bei dem es sich um ein Beschleunigungsloch handelt. Der Strom der vom Emitter in den Kollektor gefangenen Löcher wird durch einen Widerstand geschlossen R Kund Spannungsquelle mit EMF E KBilden eines Kollektorstroms I Kim externen Stromkreis.

Wir schreiben das Verhältnis der Ströme in den Schaltkreis des Transistors (Abb. 21), den Schaltkreis mit gemeinsamen Emitter(OE),

Das Verhältnis von Kollektorstrom zu Emitterstrom wird genannt aktuelles Übertragungsverhältnis

wo ist der Basisstrom?

Der Schaltkreis des Transistors mit OE ist aufgrund des geringen Basisstroms in der Eingangsschaltung und der Verstärkung des Eingangssignals sowohl in Spannung als auch in Strom am häufigsten. Die grundlegenden Eigenschaften des Transistors werden durch die Verhältnisse von Strömen und Spannungen in seinen verschiedenen Schaltkreisen und deren gegenseitige Beeinflussung bestimmt.

Der Transistor kann mit Gleichstrom, kleinem Wechselsignal, großem Wechselsignal und in einem Tastenmodus (gepulst) arbeiten.

Eingabefamilien

und wochenende

die statischen Eigenschaften des Transistors in der Schaltung mit OE sind in Abb. 22. Sie können als Ergebnis eines Experiments oder einer Berechnung erhalten werden.

Abbildung 22 - Familien der statischen Ein- und Ausgabeeigenschaften

Die Kennlinienfamilien, die die Spannungen und Ströme am Ausgang mit den Strömen und Spannungen am Eingang in Beziehung setzen, heißen Übertragungseigenschaftenoder regeleigenschaften   (Bild 23).

Abbildung 23 Übertragungscharakteristik

Bipolartransistoren klassifizieren:

• verlustleistung (geringe Leistung (bis zu 0,3 W), mittlere Leistung (von 0,3 W bis 1,5 W) und Leistung (über 1,5 W));
• auf Frequenzeigenschaften (Niederfrequenz (bis zu 3 MHz), Mittelfrequenz (3–30 MHz), Hochfrequenz (30–300 MHz) und Ultrahochfrequenz (über 300 MHz));
• zum Ziel: universell, verstärkend, erzeugend, schaltend und pulsierend.

Beim Markieren von Bipolartransistoren schreiben sie zuerst einen Buchstaben oder eine Zahl, die das Ausgangshalbleitermaterial angibt: Г oder 1 - Germanium, К oder 2 - Silizium; dann eine Zahl von 1 bis 9 (1, 2 oder 3 - Niederfrequenz, 4, 5 oder 6 - Hochfrequenz, 7, 8 oder 9 - Ultrahochfrequenz in jeder Gruppe mit niedriger, mittlerer oder hoher Leistung). Die nächsten beiden Ziffern von 01 bis 99 geben die Auftragsnummer der Entwicklung an, und am Ende gibt ein Buchstabe (ab A) die Parametergruppe des Geräts an, z. B. die Versorgungsspannung des Transistors usw.

Zum Beispiel der Transistor GT109G: niederfrequentes Germanium, geringe Leistung bei Stromübertragungsverhältnis h21Äh= 100_250, U K= 6 V, I K= 20 mA (konstanter Strom).

Feldeffekttransistor

FeldeffekttransistorIst ein Halbleiterbauelement, in dem der Drainstrom ( Mit) durch den Halbleiterkanal p-   oder p-typ wird durch das elektrische Feld gesteuert, das auftritt, wenn eine Spannung zwischen dem Gate angelegt wird ( H) und die Quelle ( Und).

  Feldeffekttransistoren werden hergestellt:

- mit Regelventil Typ PN-Übergangfür den Einsatz in Hochfrequenzwandlern (bis zu 12_18 GHz). Ihre bedingte Bezeichnung in den Diagrammen ist in Abb. 4 dargestellt. 24, a, b;

- mit isoliert(dielektrische Schicht) auslöserfür den Einsatz in Geräten mit einer Frequenz von bis zu 1_2 GHz. Sie sind gemacht oder mit eingebauter Kanalin Form von MDP_structure (siehe deren Symbol in Abb. 24, in derund g) oder mit induzierter Kanalin Form von MOP_struktury (siehe ihr Symbol in Abb. 24, d, e).

Abbildung 24 - Typen von Feldeffekttransistoren

Die Schaltung des Feldeffekttransistors mit einem Gate-Typ pnÜbergang und Kanal n-Typ, seine Familie von Ausgabeeigenschaften Ich С= f(UC), U C = constund Bestandsmerkmal I C= f(UZ), U С= constdargestellt in Abb. 25

Abbildung 25 - Verdrahtungsplan des Feldeffekttransistors und seine Kennlinie für die Bestandsreaktion

Beim Anschließen der Drain-Ausgänge Mitund die Quelle Undzur Stromversorgung Unnach Kanal n- Typ Strom fließt I C, als pnder Übergang überlappt den Querschnitt des Kanals nicht (Abb. 25, a).

In diesem Fall wird die Elektrode genannt, von der Ladungsträger in den Kanal gelangen die Quelleund die Elektrode, durch die die Hauptladungsträger den Kanal verlassen, wird aufgerufen abtropfen lassen.

Die zur Regelung des Kanalquerschnitts verwendete Elektrode heißt auslöser. Mit zunehmender Sperrspannung U Зder Kanalabschnitt nimmt ab, sein Widerstand nimmt zu und der Drainstrom nimmt ab I C.

Drain-Stromregelung I Ctritt auf, wenn eine Sperrspannung anliegt pn-Übergangsverschluss H. Aufgrund der geringen Rückströme in der Gate-Source-Schaltung ist die zur Steuerung des Drainstroms erforderliche Leistung vernachlässigbar.

Unter Spannung -U З = -U ЗОgenannt spannungsabschaltungwird der Kanalabschnitt vollständig von einer an Ladungsträgern abgereicherten Sperrschicht und dem Drainstrom überlappt Ich CO(Abschaltstrom) bestimmt durch kleinere Ladungsträger pn-Übergang (siehe Abb. 25, b).

Der schematische Aufbau des Feldeffekttransistors induziert durch n-der Kanal ist in Fig. 26 gezeigt. Bei einer Gate-Spannung relativ zur Source, die gleich Null ist, und bei Vorhandensein einer Drain-Spannung stellt sich heraus, dass der Drain-Strom vernachlässigbar ist. Ein merklicher Drainstrom tritt nur auf, wenn eine positive Polarität an das Gate relativ zur Source angelegt wird, die sogenannte schwellenspannung U SPOR.

Abbildung 26 - Schematischer Aufbau eines n-Kanal-Feldeffekttransistors

In diesem Fall ist infolge des Eindringens des elektrischen Feldes durch die dielektrische Schicht in den Halbleiter bei Gate-Spannungen groß U SPORTerscheint eine inverse Schicht auf der Oberfläche des Halbleiters unter dem Gate, bei dem es sich um den Kanal handelt, der die Source mit dem Drain verbindet.

Die Dicke und der Querschnitt des Kanals variieren mit der Spannung am Gate, und der Drainstrom ändert sich entsprechend. Dies ist die Steuerung des Drainstroms im Feldeffekttransistor mit einem induzierten Gate. Das wichtigste Merkmal von Feldeffekttransistoren ist ein hoher Eingangswiderstand (in der Größenordnung von mehreren Mega-Ohm) und ein kleiner Eingangsstrom. Einer der Hauptparameter von Feldeffekttransistoren ist s Steigungdie Verschlussleistung (siehe Abb. 25, in der). Zum Beispiel für einen Feldeffekttransistor KP103Zh S= (3 ... 5) mA / V

Der deutsche Chemiker K.A. Winkler entdeckte ein Element, dessen Existenz zuvor von D.I. Mendelejew. Am 1. Juli 1948 erschien im Keller der Zeitung "New York Times" eine kurze Notiz mit dem Titel "Creating a transistor". Sie berichtete über die Erfindung eines "elektronischen Geräts, das herkömmliche Vakuumröhren in der Funktechnik ersetzen kann".

Natürlich waren die ersten Transistoren Germanium, und es war dieses Element, das eine echte Revolution in der Funktechnik hervorrief. Wir werden nicht streiten, ob Musikkenner beim Übergang von Lampen zu Transistoren gewonnen haben - diese Diskussionen hatten bereits genug Zeit, um durchzukommen. Lassen Sie uns besser eine andere, nicht weniger relevante Frage stellen: Hat sich die nächste Evolution zum Wohle des Klangs gewendet, als Siliziumbauteile Germanium ersetzten? Das Alter der letzteren war nicht lange und sie hinterließen nicht wie Lampen ein greifbares Klangerbe. Heute werden in keinem Land Germanium-Transistoren hergestellt, an die man sich schon sehr selten erinnert. Und vergebens. Ich glaube, dass jeder Siliziumtransistor, ob bipolar oder feldgesteuert, hoch- oder niederfrequent, signalarm oder leistungsstark, für eine qualitativ hochwertige Klangwiedergabe weniger geeignet ist als Germanium. Betrachten wir zunächst die physikalischen Eigenschaften beider Elemente. *

* Erschienen bei H.J.Fisher, Transistortechnik fur Den Funkamateur. Übersetzung von A.V. Bezrukova, M., MRB, 1966.

Die Tabelle zeigt, dass die Beweglichkeit von Elektronen und Löchern, die Lebensdauer von Elektronen und der mittlere freie Weg von Elektronen und Löchern in Germanium signifikant höher sind und die Breite des verbotenen Bandes geringer ist als die von Silizium. Es ist auch bekannt, dass der Spannungsabfall am pn-Übergang 0,1–0,3 V und am np 0,6–0,7 V beträgt, woraus geschlossen werden kann, dass Germanium ein viel besserer „Leiter“ als Silizium ist. folglich weist die Verstärkungskaskade am pnp-Transistor deutlich geringere Schallenergieverluste auf als die analoge bei npn. Es stellt sich die Frage, warum die Freigabe von Germanium-Halbleitern eingestellt wurde. Erstens, weil nach einigen Kriterien Si sehr bevorzugt ist, da es bei Temperaturen von bis zu 150 Grad betrieben werden kann. (Ge - 85) und seine Frequenzeigenschaften sind unvergleichlich besser. Der zweite Grund ist rein wirtschaftlich. Die Siliziumreserven auf dem Planeten sind nahezu unbegrenzt, während Germanium ein eher seltenes Element ist, dessen Produktions- und Reinigungstechnologie viel teurer ist.

Währenddessen sind die oben erwähnten Vorteile von Silizium für die Verwendung in Heim-Audiogeräten absolut nicht offensichtlich, und die Eigenschaften von Germanium sind im Gegenteil äußerst attraktiv. Außerdem sind Germanium-Transistoren in unserem Land lächerlich, obwohl sie teuer sind. **

** Ich gehe davon aus, dass nach der Veröffentlichung dieses Artikels die Preise auf den Radiomärkten steigen werden, wie dies bereits bei einigen Arten von Lampen und Mikroschaltkreisen der Fall war - Ca. ed.

Kommen wir also zur Betrachtung von Verstärkerschaltungen auf Germaniumhalbleitern. Zunächst gibt es jedoch einige Grundsätze, deren Beachtung für die Erzielung einer wirklich hohen Klangqualität äußerst wichtig ist.

1. In der Verstärkerschaltung sollte sich kein Siliziumhalbleiter befinden.
2. Die Installation erfolgt in volumetrischer Montage unter maximaler Ausnutzung der Ergebnisse der Teile. Leiterplatten beeinträchtigen den Klang erheblich.
3. Die Anzahl der Transistoren im Verstärker sollte so gering wie möglich sein.
4. Transistoren sollten paarweise nicht nur für den oberen und unteren Zweig der Ausgangsstufe, sondern auch für beide Kanäle ausgewählt werden. Daher müssen 4 Kopien mit möglicherweise nahen h21e-Werten (nicht weniger als 100) und minimalem Iko ausgewählt werden.
5. Der Kern eines Leistungstransformators besteht aus Platten W mit einem Querschnitt von mindestens 15 cm 2. Es ist sehr wünschenswert, eine Schirmwicklung bereitzustellen, die geerdet werden sollte.

Schema №1, minimalistisch

Das Prinzip ist nicht neu, solche Schaltungen waren in den sechziger Jahren sehr beliebt. Meiner Meinung nach ist dies fast die einzige Konfiguration eines transformatorlosen Verstärkers, die audiophilen Kanonen entspricht. Aufgrund seiner Einfachheit ist es möglich, bei minimalen Kosten eine hohe Klangqualität zu erzielen. Vom Autor wurde sie nur an die modernen Anforderungen von High End Audio angepasst.

Die Einrichtung des Verstärkers ist sehr einfach. Installieren Sie zuerst den Widerstand R2 mit der halben Versorgungsspannung am "Minus" des Kondensators C7. Dann wählen wir R13 so, dass das an den Kollektor der Ausgangstransistoren angeschlossene Milliamperemeter einen Ruhestrom von 40-50 mA zeigt, nicht mehr. Wenn ein Signal an den Eingang angelegt wird, sollte sichergestellt werden, dass keine Selbsterregung vorliegt, obwohl dies unwahrscheinlich ist. Wenn jedoch Anzeichen einer HF-Erzeugung auf dem Oszilloskopbildschirm sichtbar sind, erhöhen Sie die Kapazität des C5-Kondensators. Für einen stabilen Betrieb des Verstärkers bei Temperaturänderungen müssen die Dioden VD1, 2 mit Wärmeleitpaste geschmiert und gegen einen der Ausgangstransistoren gedrückt werden. Letztere werden auf Kühlkörpern mit einer Fläche von mindestens 200 cm 2 montiert.

Schema №2, verbessert

Im ersten Schema gab es eine quasi-komplementäre Ausgangsstufe, da die Industrie vor 40 Jahren keine Germanium-Hochleistungstransistoren mit einer n-p-n-Struktur herstellte. Die komplementären Paare von GT703 (pnp) und GT705 (npn) tauchten erst in den 70er Jahren auf, was es ermöglichte, das Ausgangsstufenschema zu verbessern. Die Welt ist jedoch alles andere als perfekt - für die oben genannten Typen beträgt der maximale Kollektorstrom nur 3,5 A (für P217B Ik max = 7,5 A). Daher können sie im Schema nur angewendet werden, indem zwei in die Schulter gelegt werden. Dies unterscheidet sich in der Tat in Nummer 2, mit der Ausnahme, dass die Polarität der Stromversorgung entgegengesetzt ist. Der Spannungsverstärker (VT1) ist jeweils auf einem Transistor mit einer anderen Leitfähigkeit implementiert.

Die Schaltung wird auf die gleiche Weise eingestellt, auch der Ruhestrom der Endstufe ist gleich.

Kurz über die Stromversorgung

Um eine hohe Klangqualität zu erzielen, müssen Sie 4 Germaniumdioden B D515 in den Behältern suchen. Andere sind stark entmutigt. Wir verbinden sie mit einer Brücke, schließen Glimmer KSO 0,01 μF ab und legen dann 8 Kondensatoren 1000 μF x 63 V (das gleiche K50-29 oder Philips) an, die auch Glimmer abschließen. Es ist nicht notwendig, die Kapazität zu erhöhen - das tonale Gleichgewicht sinkt, die Luft geht verloren.

Die Parameter beider Stromkreise sind ungefähr gleich: Ausgangsleistung 20 W bei einer Last von 4 Ohm mit einer Verzerrung von 0,1 - 0,2%. Diese Zahlen sagen natürlich wenig über den Klang aus. Ich bin mir einer Sache sicher: Wenn Sie einen Verstärker gehört haben, der gemäß einer dieser Schaltungen gut hergestellt ist, werden Sie wahrscheinlich nicht zu Siliziumtransistoren zurückkehren.

April 2003

Vom Herausgeber:

Wir haben uns Jean's Prototyp der ersten Version des Verstärkers angehört. Der erste Eindruck ist ungewöhnlich. Der Sound ist teils Transistor (gute Lastkontrolle, klare Bässe, überzeugender Drive), teils Tube (keine Steifheit, Luft, Delikatesse, wenn Sie wollen). Der Verstärker schaltet sich ein, stört aber nicht die Eindringlichkeit. Die Kraft reicht aus, um die Bodenakustik mit einer Empfindlichkeit von 90 dB auf die unerträgliche Lautstärke ohne die geringsten Anzeichen von Übersteuerung zu schwingen. Was interessant ist - das tonale Gleichgewicht auf verschiedenen Ebenen ändert sich fast nicht.

Dies ist das Ergebnis einer durchdachten Konstruktion und sorgfältig ausgewählter Teile. Wenn man bedenkt, dass ein Satz von Transistoren fünfzig Rubel kostet (obwohl es, wenn Sie nicht sehr glücklich sind, einige Dutzend dauern kann, um Paare aufzunehmen, je nachdem, welche Charge Sie erhalten), sparen Sie nicht an anderen Elementen, insbesondere Kondensatoren.

Buchstäblich in ein paar Stunden wurde ein Verstärkerkanal auf dem Steckbrett montiert, um die Schaltung zu analysieren. Als Ausgang wurden amerikanische Germaniumtransistoren Altec AU108 mit einer Grenzfrequenz von 3 MHz verbaut. Gleichzeitig betrug die Bandbreite von 0,5 dB 10 Hz - 27 kHz, die Verzerrung bei einer Leistung von 15 W betrug ca. 0,2%. Die 3. Harmonische dominierte, aber bis zur 11. wurden Emissionen höherer Ordnung beobachtet. Bei den GT-705D-Transistoren (Fgr. = 10 kHz) war die Situation etwas anders: Das Band verengte sich auf 18 kHz, aber es gab keine sichtbaren Oberwellen über der 5. auf dem Bildschirm des Analysators. Der Sound hat sich ebenfalls verändert - er ist irgendwie wärmer und weicher geworden, aber das zuvor funkelnde "Silber" ist verblasst. Daher kann die erste Option für die Akustik mit "leisem" Piepser und die zweite mit Titan- oder Piezo-Emittern empfohlen werden. Die Art der Verzerrung hängt von der Qualität der Kondensatoren C7 und C6 in den Schaltungen 1 bzw. 2 ab. Aber ihr Rangieren mit Glimmer und Film ist vom Gehör nicht sehr auffällig.

Zu den Nachteilen der Schaltung gehört eine kleine Eingangsimpedanz (ca. 2 kΩ in der oberen Position des Lautstärkereglers), die den Ausgangspuffer der Signalquelle überlasten kann. Der zweite Punkt - der Grad der Verzerrung hängt stark von den Eigenschaften und der Betriebsart des ersten Transistors ab. Um die Linearität der Eingangsstufe zu erhöhen, ist es sinnvoll, zwei Volt zur Versorgung der Kollektor- und Emitterschaltung T1 zu addieren. Hierfür werden zwei zusätzliche unabhängige Stabilisatoren mit einer Ausgangsspannung von 3 V hergestellt. "Plus" von einem wird an den Leistungsbus angeschlossen - 40 V (alle Erläuterungen für Schaltung 1, für die andere Schaltung ist die Polarität umgekehrt), und "Minus" wird an den oberen Ausgang R4 angelegt . Der Widerstand R7 und der Kondensator C6 sind von der Schaltung ausgeschlossen. Die zweite Quelle ist wie folgt enthalten: "Minus" gegen Masse und "Plus" - zu den unteren Anschlüssen der Widerstände R3 und R6. Der Kondensator C4 bleibt zwischen dem Emitter und der Masse. Es kann sich lohnen, mit einer stabilisierten Ernährung zu experimentieren. Jegliche Änderungen an der Stromversorgung und der Verstärkerschaltung selbst wirken sich radikal auf den Klang aus, was umfangreiche Möglichkeiten zur Optimierung eröffnet.

In allen austauschbaren Empfängereinheiten und in ihren möglichen Varianten wurden nur Germaniumtransistoren in der Hauptstruktur verwendet. pnpNur in der Gegentaktendstufe eines transformatorlosen Audiofrequenzverstärkers (Block 5) war einer seiner Transistoren aufgebaut npnGermanium-Transistoren erfreuen sich bei Funkamateuren seit langem großer Beliebtheit und werden von ihnen in den entwickelten Geräten häufig eingesetzt. Darüber hinaus wurden ihre Preise in letzter Zeit erheblich gesenkt, sie befinden sich fast immer in den Läden für Funkgeräte in den Handelsstützpunkten Pysyltorg und Tsentrosoyuz, von wo aus sie per Post ausgegeben werden können.

Doch heutzutage weichen Germanium-Transistoren als vielversprechend zunehmend Funkgeräten, einschließlich Amateursilizium-Transistoren. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Bauelemente und Bauelemente auf Siliziumtransistoren unter unterschiedlichen Bedingungen stabiler arbeiten. Hinzu kommt, dass die Freisetzung von Siliziumtransistoren stetig zunimmt und Germanium abnimmt.

In dieser Hinsicht haben Sie vielleicht eine Frage: Ist es möglich, die Germanium-Transistoren in den austauschbaren Blöcken des beschriebenen Empfängers durch Silizium-Transistoren zu ersetzen? Es ist aber natürlich möglich, einige ihrer Merkmale zu berücksichtigen.

Das auffälligste Merkmal von Siliziumtransistoren ist die höhere Vorspannung, bei der sie öffnen. Germanium-Transistoren werden, wie Sie wissen, bei Anlegen der Spannung am Emitter geöffnet rpÜbergang 0,1 ... 0,2 V und Silizium bei einer Spannung von 0,6 ... 0,7 V. Dies bedeutet, dass auf der Basis eines im Verstärkungsmodus arbeitenden Siliziumtransistors relativ zum Emitter mindestens 0,6 V sein sollten Ein Siliziumtransistor mit niedriger Vorspannung verzerrt das verstärkte Signal. Ein derartiger anfänglicher Betriebsmodus des Siliziumtransistors wird wie der des Germaniums durch geeignete Auswahl des Widerstands in der Basisschaltung eingestellt.

Abb. 47. Audioverstärkerschaltung (Block 6) auf Siliziumtransistoren

Die meisten Siliziumtransistoren haben eine Struktur npnDies bedeutet, dass Germanium in Blöcken ersetzt wird pnpsiliziumtransistoren npntransistoren müssen nicht nur die Polarität der Stromquelle ändern, sondern auch die Polarität der Einbeziehung von Elektrolytkondensatoren.

Dies ist in der Tat die Hauptsache, die beachtet werden muss, wenn Germanium-Transistoren durch Silizium-Transistoren ersetzt werden. Für den Aufbau der Blockschaltbilder ändern sich die Versorgungsspannungen grundsätzlich nicht.

Für ein Beispiel in Abb. 47 ist ein Blockdiagramm eines 6 - gleichen transformatorlosen Audiofrequenzverstärkers, jedoch auf Siliziumtransistoren. Wie unterscheidet es sich vom Blockschema bei Germaniumtransistoren (siehe Abb. 38)? Hauptsächlich durch die Polarität des Einschaltens der Stromversorgung und der Elektrolytkondensatoren. Transistoren 6 V1, 6V2und 6 V3- npn, 6V4- PNP, Arbeitsweise des Transistors 6 V1stellen Sie die Auswahl eines Widerstands ein 6 R1.Die Spannung an der Verbindungsstelle der Emitter-Transistoren 6 V3und 6 V4(Symmetriepunkt der Gegentaktendstufe) entspricht der halben Spannung der Stromquelle und wird durch Auswahl eines Widerstands eingestellt 6 R4 undtransistor Kollektorstrom 6 V3,gleich 3 ... 4 mA, die Auswahl eines Widerstandes 6 R7.

Achten Sie auf den Einbau eines Widerstandes 6 R6und dynamische Köpfe 1B1.In der beschriebenen 1! Bei Germanium-Transistoren wurde ein solcher Widerstand direkt an den Minuspol und der Kopf an die positiven Leiter der Stromquelle angeschlossen. Und hier ist der Kopf mit dem positiven Leiter der Stromquelle verbunden, daher hat sich die Polarität des Einschaltens des Elektrolytkondensators geändert 6C5und der Widerstand 6 R6mit diesem Kondensator an die Verbindungsstelle des Kopfes angeschlossen. Bei dieser Methode des Einschaltens dieses Widerstands wird durch ihn vom Ausgangsstromkreis zum Basisstromkreis der Transistoren der Ausgangsstufe das sogenannte Volt-Additiv eingespeist - eine kleine Tonfrequenzspannung, die die Arbeitsbedingungen der Transistoren ausgleicht.

In allen Geräten anstelle von Hochfrequenz und Niederfrequenz Low-Power pnpam besten werden Transistoren verwendet npnkT315-Serientransistoren mit einem statischen Stromübertragungsverhältnis von 80 ... 100 statt npnder Transistor in Block 6 (MP37) - pnpkT361 Serie Transistor. In der Ausgangsstufe des Audioverstärkers mit erhöhter Leistung (Abb. 40) pnptransistoren-P602 können ersetzt werden npntransistoren K.T601, KT602, KT603 mit irgendwelchen? Buchstabenindex.

Bevor Sie mit der Installation eines Blocks beginnen, korrigieren Sie dessen Konzept anhand der hier gegebenen Empfehlungen. Dadurch werden Fehler und sogar mögliche Schäden an den Transistoren vermieden.