Номер 5, страница 390 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 117. Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 5, страница 390.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Основное назначение биполярного транзистора — это усиление электрического тока. Принцип усиления заключается в том, что малый ток, протекающий через один электрод (базу), управляет значительно большим током, протекающим между двумя другими электродами (эмиттером и коллектором). Для того чтобы этот эффект был ярко выражен, центральный слой транзистора — база — должен обладать особыми свойствами, и главное из них — малая толщина.

Рассмотрим физику процесса на примере транзистора n-p-n типа. Когда на переход эмиттер-база подается прямое напряжение, эмиттер, сильно легированный электронами, инжектирует их в область базы. В p-области базы электроны становятся неосновными носителями заряда. Их дальнейшая судьба может быть двоякой: они могут либо рекомбинировать с основными носителями базы (дырками), создавая ток базы $I_Б$, либо, двигаясь через базу, достичь коллекторного перехода. Коллекторный переход смещен в обратном направлении, его сильное электрическое поле "подхватывает" дошедшие до него электроны и уносит их в коллектор, создавая ток коллектора $I_К$.

Чтобы транзистор был эффективным усилителем, необходимо, чтобы как можно большая часть электронов, инжектированных эмиттером, достигала коллектора. Иными словами, ток коллектора $I_К$ должен быть значительно больше тока базы $I_Б$. Именно для этого базу делают очень узкой (тонкой). Когда толщина базы мала (порядка микрометров и меньше), время, которое электроны проводят в базе, оказывается очень коротким. За это время они не успевают рекомбинировать с дырками и почти все достигают коллекторного перехода.

Усилительные свойства транзистора количественно характеризуются коэффициентом усиления по току $\beta$ (бета), который показывает, во сколько раз ток коллектора больше тока базы: $ \beta = \frac{I_К}{I_Б} $. Чем меньше рекомбинация в базе, тем меньше ток $I_Б$ и, соответственно, тем больше значение $\beta$. Создание очень узкой базы является ключевым технологическим приемом для получения транзисторов с высоким коэффициентом усиления.

Ответ: База транзистора должна быть узкой для того, чтобы носители заряда (электроны или дырки), инжектированные из эмиттера, с минимальной вероятностью рекомбинировали в области базы. Малая толщина базы обеспечивает их быстрое прохождение к коллектору, что приводит к очень малому току базы и большому току коллектора. Это необходимо для достижения высокого коэффициента усиления по току — основной характеристики транзистора как усилительного элемента.