Номер 3, страница 337 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. На чём основана способность транзистора усиливать электрические сигналы?

Способность транзистора (в частности, биполярного) усиливать электрические сигналы основана на том, что малые изменения тока или напряжения в его входной цепи (цепи база-эмиттер) приводят к значительно большим, но пропорциональным изменениям тока в выходной цепи (цепи коллектора). Этот процесс можно сравнить с управлением мощным потоком воды с помощью небольшого усилия на вентиле. В основе этого явления лежит особая структура и режим работы транзистора. Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с разным типом проводимости (например, n-p-n) и имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. В усилительном режиме работы на переход эмиттер-база подается небольшое прямое смещение, а на переход коллектор-база — большое обратное смещение от внешнего источника питания. При подаче на вход (в цепь базы) слабого управляющего сигнала возникает небольшой ток базы $I_B$. Этот ток «открывает» переход эмиттер-база, что вызывает инжекцию (впрыскивание) большого количества носителей заряда (например, электронов для n-p-n транзистора) из сильно легированного эмиттера в очень тонкую и слабо легированную базу. Так как база очень тонка, подавляющее большинство (около 99%) инжектированных электронов не успевает рекомбинировать с основными носителями в базе (дырками) и, достигнув коллекторного перехода, захватывается его сильным электрическим полем. Эти электроны устремляются к коллектору, создавая в выходной цепи значительный по величине ток коллектора $I_C$. Ключевым моментом является то, что ток коллектора $I_C$ во много раз больше управляющего тока базы $I_B$. Их связь выражается через коэффициент усиления по току $\beta$ (бета): $I_C = \beta \cdot I_B$. Значение $\beta$ для современных транзисторов составляет от десятков до нескольких сотен. Таким образом, незначительное изменение входного тока $I_B$ приводит к многократно большему изменению выходного тока $I_C$. Если в цепь коллектора включить нагрузку (например, резистор), то изменение тока $I_C$ вызовет на ней соответствующее большое изменение напряжения, которое и является усиленным выходным сигналом. Важно понимать, что энергию для усиленного сигнала предоставляет внешний источник питания в цепи коллектора, а транзистор лишь выполняет роль элемента, управляющего этой энергией под действием слабого входного сигнала. Ответ: Способность транзистора усиливать сигналы основана на управлении большим током в выходной цепи (коллектор-эмиттер) с помощью малого тока в управляющей цепи (база-эмиттер). Малое изменение входного тока базы вызывает пропорциональное, но значительно большее изменение выходного тока коллектора, что обеспечивается особой конструкцией транзистора и режимом работы его p-n переходов.