Өзін-өзі тексеру сұрақтары:
Диодтарды жасау үшін қандай материалдар қолданылады?Олардың айырмашылығы неде?
Қандай параметрлер жартылайөткізгіштік диоидтты сипаттайды?
Жартылайөткізгіштік диоидтты классификациясы?
Диодттың кері және тура кедергіні қалай аңықтауға болады?
11-дәріс.
Тақырып. Биполярлық транзисторлар.
Дәріс сабағының құрылымы:
1.Биполярлық транзисторлардың жұмыс істеу принципі,шартты графикалық белгіленуі.
Биполярлық транзисторлар деп,екі р-n-ауысуы және үш не одан да көп шығуы бар жартылайөткізгіштік аспапты айтамыз.Бұл жартылайөткізгіштік кристаллы бар бөлшегін құрайды,онда біртипті электроөткізгіштік қасиеті бар екі шеткі аймақтары,қарам қарсы электроөткізгіштік қасиеті бар аймағымен бөлінген.Осы үш аймақтың электроөткізгіштігіне байланысты,«n-p-n» және «p-n-p» типті транзисторларды ажыратады.Олардың қосу сұлбалары және шартты графикалық белгіленуі УГО,4.1 суретінде көрсетілген. «биполярлық»сөзінің терминің мағынасы: транзисторлардың жұмыс істеуінде заряд тасымалдаушылардың тесіктер мен электрондардың рөлідері аса жоғары.Транзистордың үш электродтардың атаулары: коллектор, база және эмиттер. Дұрыс қосылу кезінде, транзистор арқылы өтетін бүкіл тоқтардың бағыты, шартты графикалық белгіленуінде көрсетілген бағытымен сәйкес болу керек. Бұл жағдайда “база-эмиттер” ауысуы,ашық диод ретінде жұмыс істейді,ал “база-коллектор” ауысуы, кері кернеуде болады,яғни жабық.
4.1Суреті - Биполярлық транзисторы, «n-p-n» және «p-n-p» құрылысымен
Шың транзисторларда, р-n-ауысуыларыдың айырмашылықтары болады. Кейбіреулердің аумағы,басқалардың аумақтарына қарағанда үлкендеу болады,одан басқа шың транзисторларда қоспа концентрацияларында асимметрия байқалынады.Бір шеткі қабаты легироваланған болатын,соңдықтан басқа қабатқа қарағанда күштірек болады.Транзистордың ортаңғы қабаты базой деп аталады.Шеткі қабаты,яғни қатты лигироваланған қабатың эмиттер деп атаймыз,осыған орай n - р-ауысуын эмиттердік деп атаймыз, ал аумағы үлкендеу болатын қабатың,бірақ эмиттерге қарағанда аз лигироваланған қабатың– коллектор деп атаймыз, ал ауысуын – коллекторлық деп атймыз,яғни қортындылап айтқанда щың биполярлық транзисторлар – асимметриялық аспаптар болып табылады.
Транзистордың әр р-n-ауысуына тура және кері кернеу берілу міүмкін.
Осыған орай, транзистордың төрт жұмыс істеу режимі болады:
– болшектеу режимі – екі ауысуына кері кернеу беріледі;
– байыту режимі – екі ауысуына тура кернеу беріледі;
– активті режимі – эмиттердік ауысуына тура кернеу беріледі,ал коллекторлық ауысуына кері кернеу беріледі.
– инверстік режимі – эмиттердік ауысуына кері кернеу беріледі, ал коллекторлық ауысуына тура кернеу беріледі.
Транзистордың n-p-n активтік режимнің жұмысы 4.1суретте көрсетілген.Тоқ көзі Uбэ ,эмиттердік ауысуына тура бағытта қосылған («–» эмиттердегі таңбасы), және эмиттердік ауысуы арқылы тура тоғы өтеді. Сонымен қатар мұнда эмиттерден,базға электрондар инжектерланады, ал баздан эмиттерға–тесіктер инжектерланады.Транзистордың “база-эмиттер”
ауысуы, тура бағытта қосылған диод сияқты жұмыс істейді.База мен эмиттер арасында болатын кернеудін мәні Uбэ 0,6÷0,8 В аспауға тиіс, өйткені,егер бұл шарт орындалмаса,онда ауысуы арқылы өтетін тоғы аса жоғары мәнге өседі.
Бірақ эмиттер,базаға қарағанда жоғары лигироваланған болатындықтан, электрондардың ағыны тесіктер ағынынан көбірке болағандықтан, транзисторда болатын процестерді ол шешеді. из Эмиттердан инжектирланған электрондары,базда негізгі емес заряд тасушылары болып табылады,олар диффузия көмегімен қозғалады,яғни базаның көлемінде біркелкі орналасуға тырысады. Базаның қалындығы аз болғандықтан ,көп электрондар рекомбинацияланбайды,осыдан коллекторлық ауысуына жетеді.
Коллекторлық ауысуы жанында,электрондардың ағыны,электро өрістін әсеріне және кері ауысуына түседі,осының нәтижесінде коллекторлық ауысуы арқылы электрондардың тездетілген дрейф пайда болады.
Коллекторда электрондар негізгі заряд тасымалдаушылары болады және олар транзистордың ішкі тізбегінде тоқты тудырып, коллекторлық шығуына тез арада жетеді. Коллекторлық ауысуы арқылы электрондардың дрейфі,база аумағында концентрациясын төмендейді, осының нәтижесінде эмиттер арқылы инжектерланған электрондар ағынымен бағытталған диффузияны тудырады,бірақ электрондардың біраз бөлігі,база аумағында рекомбинацияланады. Сондықтан эмиттердік ауысуы арқылы өткен электрондар, коллекторлық ауысуына жетеді. Осының нәтижесінде коллекторлық тоғы IК ,эмиттер тоғына қарағанда IЭ аз болады. Базада электрондардың рекомбинациясы,базаның ішкі тізбегінде тоқ тудырады – ток базы IБ.
Эмиттердық, коллекторлық және базалық тоқтар арасында мынандай қатынасы болады:
IЭ = IК + IБ
Эмиттердік тоғының беру коэффициенті тең болады:
α = ΔIК / ΔIЭ,
яғни бұл коэффициенті,жаңадан шыққан транзисторлар үшін,әр қашан аз болады,бірақ бірге жақын (0,9÷0,997) болады.
Биполярлық транзисторларды сипаттайтың екінші физикалық параметрі, базалық тоқтын беру коэффициенті болып табылады,оны транзистордың тоқ бойынша күшейту коэффициенті деп атаймыз:
β = ΔIК / ΔIБ .
Бір типті транзисторларда да, күшейту коэффициенті әр түрлі болу мүмкін,яғни бұл коэффициент әр қашан тұрақты болмайды,бірақ 50÷250 мшектерінде болады.
Шың транзисторда коллекторлық тоқтің негізіне,коллекторлық p-n-ауысуының кері тоғының негізі қосылады IКО.Соңдықтан коллектордың толық тоғы ,мына теңдеумен шығарылады:
IK = β IБ + IКО
Транзистор электродының тоқтары , Кирхгоф заңымен байланыстырылған болғандықтан, онда α коэффициенті,алдында көрсетілген β коэффициенті көмегімен онай жазылаыды:
α= β / (β+1).
Транзистордың α және β коэффициенттері сигналдың жиілгіне тәуелді болады.Бұл тәуелділік,жартылайөткізгіштегі зарятталған бөлшектердің қозғалыс жылдамдығына тәуелді болады,соңдықтан транзисторда эмиттер тоғының ауысуы,база тоғының ауысуына қарағанда кештеу болады
В справочных данных транзистора всегда можно найти граничную частотуҚосымша әдебиеттерде шекті жиілікті fгр табуға болады,онда транзистордың күшейту коэффициент бірлік мәнге кемиді.
Жиіліктік мінездемелерге және қуатына байланысты транзисторлар бірнеше топқа классификацияланады.
Қуат бойынша классификациялау:
– аз қуатты 0,3 Вт дейін,
– орташа қуатты 0,3 -1,5 Вт дейін,
– жоғарғы қуатты 1,5 Вт астам.
Жиіліг бойынша классификациялау:
– төменжиілікті 3 МГц дейін,
– ортажиілікті 3 - 30 МГц дейін,
– жоғарыжиілікті 30 - 300 МГц аралығында,
– үсті жоғарғы жиілікті 300 Мгц астам.
Транзисторлардың қосу сұлбалар, олардың негізгі қасиеттері. Транзисторлардың күшейткіш қасиеттері.
Транзисторды қосуды бірнеше сұлбалсы бар: ортаңғы базамен (ОБ), с ортаңғы эмиттермен (ОЭ) және ортаңғы коллектормен (ОК).
ОБ сұлбасында (сурет 4.5.2, а) транзистордың шығу кернеуі,база мен эмиттер арасында болатын кернеу ,шығу тоғы – эмиттер тоғы болады, ал кіру статикалық мінездемелерге – Iэ(Uэб)отбасы, Uкб = const болғанда.
4.2 суреті - Транзисторлардың ортаңғы базамен қосу сұлбасы(а),және оның кіру(б),шығу(в) мінездемесі.
Бұл отбасының мінездемесі Uкб = 0 параметрімен, р-n ауысудың қарапайым вольт-амперлік мінездемесін құрайды, ол ауысуы арқылы жоғарғы тоғымен сипатталынады,яғни Uэб >0 болғанда және аз тоғымен Uэб < 0 болғанда.Эмиттердік және коллектолық ауысулар байланыстылығының мәні,Uкб өзгеруі коллекторлық ауысуында енінің өзгеруіне әкеліп соғады,яғни базаның енінің өзгеруіне әкеліп соғады ,осының нәтижесінде тоқтың өлшемі өзгереді Iэ. Егер Uкб >0 болғанда базаның ені өседі,ал тоқ Iэ азаяды, қисық сызықтар оңға қарай жылжыйды ; егер де Uкб <0 ,онда қисық сызықтар солға қарай жылжыйды. Мұнда транзистордың ішкі тізбегінде барлық кіру статикалық мінездемелері бір-бірімен жақын орналасады , яғни мұнда Uкб кернеунің процесстерге жасайтын ықпалы аз болатындығы байқаймыз.Одан басқа, кіру статикалық мінездемелер сызықсыздық қасиетін қамтыйды,осының нәтижесінде транзистордың ішкі тізбегінде сигналдардың өзгеруіне әкеліп соғады.
Транзиторлардың қосылу схемалары. Олардың негізгі қасиеттері. Транзисторлардың күшейткіш қасиеттері.
Транзисторды қосудың үш сұлбасын айырады: жалпы базасымен (ЖБ), жалпы эмиттерімен (ЖЭ) және жалпы коллекторымен (ЖК).
ЖБ-сы бар сұлбада транзистордың кіру кернеуі база мен эмиттер арасындағы кернеу, кіру тоқ – эмиттер тоғы, ал кіру статикалық сипаттамасы – Uкб = const кезіндегі Iэ (Uэб) жанұясы болып табылады.
Uэб >0 кезіндегі өту арқылы үлкен тік тоқпен Iэ және Uэб <0 кезіндегі кіші қайтымды тоқпен ерекшелінетін, Uэб =0 параметрі бар осы жанұяның сипаттамасы p-n өтуінің кәдімгі вольт-амперлі сипаттамасын құрайды. Транзистордағы эмиттерлі және коллекторлы өтулердің өзарақатынасы мынада негізделген: Uкб өзгеруі коллекторлы өту енінің өзгеруіне әкеп соғады, демек база ені де осының салдарынан Iэ тоғының шамасы өзгереді. Uкб >0 кезінде база ені үлкееді, Iэ тоғы азаяды, ал қисықтар Iэ (Uэб) оңға жылжиды. Барлық кіру статикалық сипаттамалары бір-біріне өте жақын орналасатынын атап кету керек. Бұл транзистордың кіру тізбегінде ағатын процесске Uкб кернеуінің әлсіз әсер етуіне көрсетеді. Сонымен қатар, кіру статикалық сипаттамалар транзистордың кіру тізбегінде сигналдардың аса тежелуіне әкеп соғатын маңызды сызықсыздығы болады.
4.2 – сурет – транзисторды жалпы базамен (а) қосу сұлбасы және оның кіру (б) және шығу (в) сипаттамалары
ЖБ-сы бар сұлбада транзистордың шығу кернеуі база мен коллектор арасындағы кернеу, шығу тоқ – коллектор тоғы, ал шығу статикалық сипаттамасы - Iэ = const кезіндегі Iк (Uкб) жанұясы болып табылады. Шығу статикалық сипаттамалар жанұясының түрі p-n өтуінің вольт-амперлі сипаттамасынан байланысты, бірақ енді коллекторлы. Uкб >0 кезінде транзистордың шығу тоғы өзінің жартылай өткізгішті кристаллдың электроөтімділігімен анықталатын және өтудегі кернеуден аз байланыста болатын, IкО коллекторлы өтудің кері тоғы болады. Uкб <0 кезінде транзистордың шығу тоғы шамасы Uкб кернеуімен тікелей байланыста болатын, ал тоқ Iк шығу кернеу кезінде тез ауысатын, коллекторлы өтудің тік тоғы болып табылады. Электроникада биполярлы транзистордың шығу статикалық сипаттамасын құру кезінде шығу тоғының дұрыс бағыт орнына коллекторлы өтудің кері тоғын қабылдау көзделді, сондықтан шығу сипаттамалардың барлық жанұясы бірінші квадрантта орналасады.
Uэб >0 кезіндегі өту арқылы үлкен тік тоқпен Iэ және Uэб <0 кезіндегі кіші қайтымды тоқпен ерекшелінетін, Uэб =0 параметрі бар осы жанұяның сипаттамасы p-n өтуінің кәдімгі вольт-амперлі сипаттамасын құрайды. Транзистордағы эмиттерлі және коллекторлы өтулердің өзарақатынасы мынада негізделген: Uкб өзгеруі коллекторлы өту енінің өзгеруіне әкеп соғады, демек база ені де осының салдарынан Iэ тоғының шамасы өзгереді. Uкб >0 кезінде база ені үлкееді, Iэ тоғы азаяды, ал қисықтар Iэ (Uэб) оңға жылжиды. Барлық кіру статикалық сипаттамалары бір-біріне өте жақын орналасатынын атап кету керек. Бұл транзистордың кіру тізбегінде ағатын процесске Uкб кернеуінің әлсіз әсер етуіне көрсетеді. Сонымен қатар, кіру статикалық сипаттамалар транзистордың кіру тізбегінде сигналдардың аса тежелуіне әкеп соғатын маңызды сызықсыздығы болады.
ЖБ-сы бар сұлбада транзистордың шығу кернеуі база мен коллектор арасындағы кернеу, шығу тоқ – коллектор тоғы, ал шығу статикалық сипаттамасы - Iэ = const кезіндегі Iк (Uкб) жанұясы болып табылады. Шығу статикалық сипаттамалар жанұясының түрі p-n өтуінің вольт-амперлі сипаттамасынан байланысты, бірақ енді коллекторлы. Uкб >0 кезінде транзистордың шығу тоғы өзінің жартылай өткізгішті кристаллдың электроөтімділігімен анықталатын және өтудегі кернеуден аз байланыста болатын, IкО коллекторлы өтудің кері тоғы болады. Uкб <0 кезінде транзистордың шығу тоғы шамасы Uкб кернеуімен тікелей байланыста болатын, ал тоқ Iк шығу кернеу кезінде тез ауысатын, коллекторлы өтудің тік тоғы болып табылады. Электроникада биполярлы транзистордың шығу статикалық сипаттамасын құру кезінде шығу тоғының дұрыс бағыт орнына коллекторлы өтудің кері тоғын қабылдау көзделді, сондықтан шығу сипаттамалардың барлық жанұясы бірінші квадрантта орналасады. Kiб = Iвых б / Iвх б = Iк / Iэ = αIэ / Iэ = α < 1.
Демек, ЖБ-сы бар сұлба тоқ бойынша күшейтілуі болмайды.
.
Rн / Rэб қатынасы кіру кедергісінен үлкен болғандықтан, ЖБ-сы бар сұлба кіру кернеуін күшейте алады.
Қуат бойынша күшейту коэффициентін қуаттар қатынасы деп анықтаймыз
.
Сонымен қатар, алынған өрнектен ЖБ-сы бар сұлба қуат бойынша кейбір күшейтуге ие болатыны анық, себебі Rн / Rэб>α2 . Тоқ күшейткішінің жоқтығы, қуат болйынша аз күшейту коэффициенті және де үлкен емес кіру кедергісі осы сұлбаның қолдануын шектейді. Кішкентай кіру кедергісі каскадты қосылуды орындауға мүмкіндік бермейді, себебі келесі каскадтың кішкентай кіру кедергісі алдыңғы каскадтың шығуына шунтталған іс-әрекет көрсетеді. Осының салдарынан, барлық күшейткіштің күшеюі төмендейді.
ЖБ-сы бар сұлбада транзистордың кіру кернеуі база мен эмиттер арасындағы кернеуі, кіру тоқ – база тоғы, ал кіру статикалық сипаттамалары – Uкэ = const кезіндегі Iб (Uбэ) жанұясы болып табылады. Бұл сипаттамалар ЖБ-сы бар сұлбадағы кіру сипаттамаларына өте ұқсас, бірақ, біріншіден, база тоғы эмиттер тоғынан h21 есе шамасында кем, сондықтан 5.3, б суретте ордината осі бойынша масштабы 4.2, б суреттегі масштабтан h21 есе шамасында артық. Екіншіден, кернеуді (Uкэ) үлкейткенде ток Iб азаяды.
ЖБ-сы бар сұлбада шығу кернеуі эмиттер мен коллектор арасындағы кернеу, кіру тоқ – коллектор тоғы, ал шығу статикалық сипаттамалар – Iб = const кезіндегі Iк (Uкэ) жанұясы болып табылады. Бұл шығу сипаттамалары ЖБ-сы бар сұлба бойынша қосылған сол транзистордың шығу сипаттамаларынан ерекшелінеді. Ерекшеліктері шығу кернеуі Uкэ транзистордың біруақытта екі өтуіне қосылғанында және транзистор режимі Uкэ және Uбэ арасындағы қатынасы салдарынан өзгеруінде негізделген. Осы кернеулердің («оң» коллекторда және базада) Uкэ < Uбэ және бірдей қарама-қарсылық кезінде транзистор шылыққан режимде болады, себебі эмиттерлі де, коллекторлы да өтулерде түзу кернеу болады. Uкэ үлкейту кезінде коллекторлы өтуде кернеу алғашында нөлге тең (Uкэ = Uбэ), ал сосын (Uкэ > Uбэ кезінде) кері болады. Осында транзистор белсенді режимге көшеді.
4.3-сурет - транзисторды жалпы эмиттермен (а) қосу сұлбасы және оның кіру (б) және шығу (в) сипаттамалары
Шылыққан режимде транзистордың шығу тоғы коллекторлы өтудің тура тоғы болып табылады және оның шамасы коллекторлы өтудегі кернеумен тік байланыста болады, демек, ол Uкэ тәуелді. Белсенді режимде транзистордың шығу тоғы, әдетте эмиттерден алынған электрондардың инжекциясымен себептелген токпен анықталады, ал шығу статикалық сипаттамалардың жанұясында жазық участок байқала бастайды. 5.3, в суретінде келтірілген сипаттамалар жанұясына қарағанда, транзистордың шығу сипаттамаларының жазық участоктары ЖЭ-сы бар сұлбада үлкен иілуге ие болады. Бұл ЖЭ-сы бар сұлба бойынша қосылған транзистордың шығу статикалық сипаттамаларын алу барысында Iб = const шартын орындау үшін Uкэ және Uбэ арасындағы қатынасын өзгерту керектігімен байланысты.
Берілген сұлбада кіру тоқ Iвх э= Iб = Iэ(1-α) базалық тоқ болады, ал шығу Iвых э= Iк = αIэ коллекторлы.
Кіру кедергісі жалпы базасы бар сұлбадағыға қарағанда екі ретке үлкен, себебі
.
Кіру кедергісін үлкейту әр каскады ЖЭ-сы бар сұлба бойынша жиналған, көпкаскадты күшейткішті жинауға мүмкіндік береді.
ЖЭ-сы бар сұлба тоқ күшейткішіне ие
.
ЖЭ-сы бар сұлбада кернеуді күшейту коэффициенті, ЖБ-сы бар сұлбадағыдай:
.
Бірақ, жалпы эмиттері бар сұлба күшейтуден басқа шығу кернеудің фазасын 1800 өзгертеді. ЖЭ-сы бар сұлба тоқ бойынша және кернеу бойынша күшейткішке ие болғандықтан, ол аса үлкен қуатты күшейту коэффициентіне ие:
.
Осыдан, бұл сұлба аса үлкен практикалық қолдануды алды.
Жалпы коллекторы бар сұлба 5.4-суретте келтірілген. Бұл схемада кіру тоқ база тоғы болғандықтан, ал эмиттер тоғы коллектор тоғынан аз айыралатындықтан, практикада бұл схема үшін жалпы эмиттері бар сұлба үшін алынған сипаттамалар қолданылады.
Жалпы эмиеттері бар сұлбадағыдай, бұл схемада кіру тоқ база тоғы болып табылады
Iвх вк = Iб = Iэ(1 - α ).
4.4-сурет – жалпы коллекторы бар қосылу сұлбасы
Шығу тоқ Iвых к = Iэ эмиттер тоғы болып табылады. Жалпы коллекторы бар сұлба тоқ бойынша аса үлкен күшейтуге ие:
.
Жалпы коллекторы бар сұлбаның кіру кедергісі жоғарыда қарастырылған сұлбалардың кедергілерінен аса жоғары:
.
ЖК-сы бар сұлбада кернеу күшейткіші жоқ, себебі:
.
Rн >> Rвх б, болғадықтан, К≈1 деп санауға болады. ЖК-сы бар сұлбаны эмиттерлі қайталаушы деп атайды, себебі жүктеу эмиттердің тізбегіне қосылған. Кернеудің күшейту коэффициенті бірге тең және шығу кернеуі фаза бойынша кірумен беттеседі.
Эмиттерлі қайталаушыны жеке каскад арасындағы немесе күшейтудің шығысы және оның жүктеуі арасындағы кедергілердің келісілген каскады ретінде кең қолданады. жалпы коллекторы бар сұлбада қуат күшейтуінің коэффициенті тоқ күшейту коэффициентіне тең:
.
Қарастырғанымыздан, кез келген сұлбалар қосылуының қуат күшейткіші бар. Бұл транзистордың белсенді ққұрал екенін нақтылайды.
Қазіргі уақытта биполярлы транзисторлар күшейткішті, қайтажанғышты функциясын сәтті шешу көмегі бар көп таралған жартылайөткізгішті құрал болып табылады.
Биполярлы транзисторлардың һ-параметрлері
Берілген кернеуден транзистордың кіру және шығу тоқтарының байланысын сәйкесінше транзистордың кіру және шығу сипаттамалары деп атайды. Биполярлы транзистордың кіру және шығу сипаттамаларының жанұяларында бірнеше сұлбалар анализі кезінде артық болатын нақты ақпарат бар. Аз сигналад жұмыс істейтін транзисторды сұлбаның элементі ретінде қарастырғанда, оны сұлбасы 4.5-суретте көретілген төртполюст түрінде қарастырған жеңіл. Төртполюстінің кернеуі мен тоғы өзара теңдеу жүйесімен байланысқан.
Осы теңдеулер коэффициенттері транзистордың қасиетін бейнелейді және оның параметрлері болып табылады.
4.5-сурет – төртполюс түрінде көретілген транзистордың сұлбасы
Биполярлы транзисторды аса ыңғайлы бейнелейтін тәуелсіз айнымалылар ретінде кіру тоғы және шығу кернеуі таңдалған һ-параметр жүйесі болып табылады:
U1 = h11 I1 + h12 U2
I1 = h21 I1 + h22 U2 ,
мұнда һ11 - кіру кедергіні сипаттайтын, кедергінің шамасы бар параметр және кіруде кернеу өзгеруінің транзистор шығуында айнымалы тоқ бойынша қысқа тұйықталу режиміндегі оның өзгеруіне әкеліп соқтырған кіру тоғына қатынасын көрсетеді. Һ11 мәні шығудағы айнымалы тоқ бойынша қысқа тұйықталу режиміндегі транзистордың кіру сипаттамасының еңкішімен анықталады;
һ12 – шығу және кіру тізбектер арасындағы ішкі кері байланысты сипаттайтын өлшемсіз параметр және кіруде кернеу өзгеруінің айнымалы тоқ бойынша кіру тізбегінде бос жүріс режиміндегі оның өзгеруіне әкеліп соқтырған шығудағы кернеу қатынасын көрсетеді;
һ21 - шығу және кіру тізбектер арасындағы тоқ бойынша тура байланысты сипаттайтын өлшемсіз параметр және шығу тоқ өзгеруінің айнымалы тоқ бойынша шығу тізбегінің қысқаша тұйықталу режимінде оның өзгеруіне әкеліп соқтырған кірудегі тоқ қатынасын көрсетеді. һ21 параметрі транзистордың маңызды параметрлерінің бірі болып табылады.
һ22 – шығу өтімділігін сипаттайтын өтімділік шамасы бар параметр және шығу тоқ өзгеруінің айнымалы тоқ бойынша кіру тізбегінің қысқаша тұйықталу режимінде оның өзгеруіне әкеліп соқтырған шығудағы кернеу қатынасын көрсетеді. Һ22 транзистордың кіру сипаттамасының еңкішімен анықталады.
Һ-параметрлерінің нақты мәндері транзисторды қосудың әртүрлі сұлбаларына әралуан, сондықтан ЖБ және ЖЭ-сы бар сұлбаларда сәйкесінше «б» немесе «э» индекстерін қосады. Биполярлы транзисторды қосу сұлбаларының аса таралған түрі – ЖЭ-сы бар сұлба.
Һ-параметрлер биполярлы транзистордың анализ үшін ыңғайлы болатын эквивалентті сұлбаларды құруға мүмкіндік береді.
Биполярлы транзистордың қасиетін анықтайтын негізгі сипаттамалар оның статикалық сипаттамалары болып табылады. Бірақ, бұл сипаттамаларды қарастырмастан, келесіні байқау қажет:
-
Транзисторда ағатын прцесстер оның кіру тоқтарымен анықталады. Бұл тоқты табу үшін Iвх (Uвх) қатынасын білу керек. Себебі транзистордың кіру тоғы тек қана кіру емес, шығу кернеуіне байланысты. Транзистордың толық сипаттамасы үшін екі статикалық сипаттаманың жанұясы болуы керек: кіру және шығу.
-
Транзистордың статикалық сипаттамасының түрі оның қосылу сұлбасына байланысты. Демек, кез келген қосылу сұлбасы кезінде транзисторда физикалық процестер өзгермейді, бірақ кіру және шығу шамалары елеулі өзгереді.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
1.Биполрлық транзистордың шартты белгіленуі
2.Биполярлық транзистордың ВАС
3.Биполярлық транзистордың өрістік транзистордан айырмашылығы
12-дәріс.
Тақырып. Өрістік транзисторлар.
Дәріс сабағының құрылымы:
-
Өрістік транзисторлар, түр өзгешілігі және құрылғысы
Өрістік транзистор – бұл күшейткіш құрамы негізгі тасушының ағынымен көрсетілген, өткізгіш арна арқылы өтетін және электр өріспен басқарылатын жартылай өткізгіш аспап. Өрістік транзистордың жұмысы бір типті ғана тасушыларды қолдануға негізделген – негізгі, сондықтан оларды униполярлы деп атайды.
Арнаға заряд тасушылар кіргізетін электрод кіріс (К) деп аталады; арнадан заряд тасушыларды шығаратын электродты шығыс деп атайды; арнаның көлденең қимасын реттеуге арналған электрод, - қақпа (Қ).
Электрлік өріс арқылы жартылай өткізгіштегі тоқты басқару үшін жартылай өткізгіш қабатының өткізу ауданын немесе оның меншікті өткізгішін ауыстыру қажет. Өрістік транзисторларда екі әдісі қолданылады және сәйкесінше екі түрге айырады: басқарушымен р-n - өткізгішті транзистор және жекеленген қақпасымен транзистор.
Басқарушымен р-n - өткізгішті өрістік транзистор – бұл қақпасы р-n - өткізгіш арнадан электрлі қатынаста бөлінген кері бағытта араласқан өткізгіш транзистор.
Басқарушымен р-n - өткізгішті өрістік транзистор негізгі элементтері (сурет 5.1,а) n- типті жартылай өткізгішті пластина (1), р- типті жартылай өткізгішті екі жақтан қойылған қабат (2) болып табылады. n-типті жартылай өткізгішті пластинаның кесігінде және р- типтің екі аумағында омдық байланыс жалғанған металлды пленка қойылған, ал р- типті екі қабат өзара байланысқан. р- типті екі қабатпен құрастырылған электрод қақпа (5) деп аталады. Содан электрондар қозғалатын n-типті жартылай өткізгішпен қосылатын электродтардың біреуі кіріс (3) деп аталады, ал электрондар соған қарай қозғалатын электродтар – шығыс (4). Әр түрлі типті электр өткізгіштермен жартылай өткізгіштер арасында екі электронды-тесікті өткізгіш пайда болады. Екі р-n - өткізгіштер арасында орналасқан n- типті жұқа қабатты жартылай өткізгіш өткізгіш арна деп аталады.
Кіріске теріс (n-арна үшін), ал шығысқа оң кернеуді қосқанда (сурет 6.1,а) кірістен шығысқа электрондардың қозғалысымен құрылатын, яғни зарядтың негізгі тасушыларымен арнада электр тоғы пайда болады. Электронды-тесікті бойлай өтетін (ал биполярлық транзисторларда сияқты өтетін аралықтардан емес) заряд тасымалдаушының қозғалысы өрістік транзистордың өзіндік ерекшелігінің біреуі болып табылады. Арна мен қақпа арасында құрылатын электрлік өріс арнада заряд тасымалдаушының тығыздығын, яғни ағынды тоқтың шамасын өзгертеді.
Сурет 5.1 – Басқарушымен р-n - өткізгішті өрістік транзистордың құрылымы және шартты белгіленулері
Басқарушымен р-n - өткізгішті өрістік транзистордың биполярлы транзисторлар алдындағы негізгі артықшылығы жоғарғы кіру кедергісі, аз шу, дайындау оңайлығы, ашық транзистордың кіріс және шығыс арасындағы қалдық кернеуінің ашық қалпында жоқ болуы болып табылады.
Жекелеген қақпасымен өрістік транзистор – бұл қақпасы арнадан диэлектрик қабатымен электрлік қатынаста бөлінген өрістік транзистор.
Жекеленген қақпасымен өрістік транзистор электр өткізгіштіктің қарама-қарсы типімен екі аумағы құрылған жартылай өткізгіштің біршама үлкен меншікті кедергісімен пластинадан тұрады (сурет 5.2). Бұл аумақтарға металдық электродтар – кіріс және шығыс қойылған. Кіріс және шығыс арасындағы өткізгіштің беті диэлектриктің жұқа қабатымен жабылған, әдетте кремний оксидінің қабатымен (SiO2). Диэлектрик қабатына металдық электрод – қақпа қойылған. Сонда металдан, диэлектриктен, жартылай өткізгіштен тұратын құрылымды аламыз. Сондықтан жекеленген қақпасымен өрістік транзисторларды жиі МДЖ-транзисторлар (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) немесе МОЖ-транзисторлар (металл-оксид- жартылай өткізгіш) деп атайды.
МДЖ-транзисторлар
МДЖ-транзисторларының екі түрі бар: индуцировалы және орнатылған арналармен.
n-арнамен р-типті жартылай өткізгіш негізінде орындалған МДЖ-транзисторының құрылымы сурет 5.2-де көрсетілген. МДЖ-транзисторының жұмысы өріс әсеріне, яғни жартылай өткізгіштің үстіңгі аумағының өткізгіштігін үстіңгі потенциал арқылы өзгерту мүмкіншілігіне негізделген. Тоқ өтетін өткізу қабат арна деп аталады. Мұндан транзисторлар тобының тағы бір атауы – арналық транзисторлар. Жартылай өткізгіштің көлемінің және жекеленген электродтрадың (қақпамен) арасында потенциалдар айырымын жасағанда жартылай өткізгіштің бетінде жартылай өткізгіштің қалған көлемінде концентрациядан өзгешеленетін, - қақпада кернеуді өзгертіп, кедергісімен басқаруға болатын арнасы бар заряд тасушылар концентрациясымен қабат пайда болады.
Өріс әсерін туғызатын металдық электродты қақпа (3) деп атайды. Қалған екі электродты кіріс (К) және шығыс (Ш) деп атайды. Негізінде бұл электродтар қайырылады. Кіріс – бұл өткізгіш арна арқылы заряд тасушылар қосылатын электрод. Шығыс – бұл заряд тасушылар шығаратын электрод. Қақпа – электр сигнал берілетін электрод. Оны өткізгіш арнада кірістен шығысқа өтетін тоқ өлшемін басқару үшін қолданады. Егер арна n-типті болса, онда жұмыстық тасушылары – электрондар және шығыс қарама-қарсылығы оң. Кірісті әдетте подложка деп атайтын жартылай өткізгіш негізімен қосады (ІІ). Өрістік транзисторлардың схематикалық белгіленуі сурет 5.3-те көрсетілген.
Сурет 5.2 – n-арнасымен МДЖ-транзисторының құрылымы
Сурет 5.3 – МДЖ транзисторларының шартты белгіленуі
Өрістік транзисторлардың негізгі құрамы және тағайындалуы
Басқарушы р-n-өткізгішті өрістік транзистордың жұмысы негізінде өткізу арнасының көлденең қиманың ауданын өзгерту ойы жатыр. р-n-өткізгіште керену нольге тең болғанда, өткізу арнасының көлденең қимасының ауданы максималды, ал кіріс пен шығыс арасындағы электрлік кедергі минималды. Егер қақпаға сыртқы кернеуді Uзи сондай полярлықпен екі өткізгіш те кері кернеуде араласқан болу үшін қандай да өткізгіш арнаның көлденең қимасының ауданын азайтады, онда өткізу арнасында қосылған қабат (жекелік қабаты) пайда болады. Бұл аранда электрлік кернеудің өсуіне әкеп соғады, демек, транзистордың кірісі мен шығысының өсуіне. Uзи кернеуін өзгерткенде өткізгіш арнаның электрлік кедергісін реттеуге болады.
Егер кіріс пен шығыс арасындағы сыртқы кернеуді Uси (кірісіне «минуспен») жеткізсек, онда потенциалдар айырымының ықпалымен n-типті жартылай өткізгішті пластинада электрондардың шығыс тоғын Ic тудырып кернеу Uзи де, сондай-ақ Ucи де басқаруға болатын кірістен шығысқа бір орында қалқып тұруы басталады. Ucи кернеу бар болғанда аранлар потенциалы шығыс және кіріс соңдарында әр түрлі болады. p-n өткізгіште кернеу кіріс соңында |Uзи|-ге, ал шығыста - |Uзи| +|Ucи|-ға тең, сондықтан шығыс соңындағы біріктіру аумағы кірістікінен кеңірек болады (сурет 6.1). Кейбір кері кернеулер үшін Uзи екі p-n-өткізгішті қабатты беттестіруге болады, арнасының көлденең қимасының ауданы нольге тең болады, арнаның кедергісі – шексіздікке тең болады, ал тоқ Icи – нольге тең (транзистор жабылады).
Сол кезде транзистор жабылатын қақпа мен кіріс арасындағы кернеуді бөлік кернеуі Uзи отс деп атайды.
Егер қақпаға кері кернеу Uзи< 0 берсек, онда негізгі емес заряд тасушылар электрондар қақпаға қойылған аумақтан ығыстырылған болады және қақпаның астына қойылған аумақ тесіктермен қамтамасыз етілетін болады; бірақ жағдай қатты өзгермейді: екі кезедескен қосылыс р-n- өткізгіштер қалады, тоқ Iси = 0. Егер де қақпаға оң ығысу Uзи> 0 ығысу берсек, онда басында қосылған қабат пайда болады (негізгі тасымалдаушы тесіктер қақпа асты аумағынан шығарылады және негізгі емес заряд тасымалдаушылар электрондар тартылады). Кернеу өскен кезде қақпада негізгі емес тасушыладың электрондардың концентрациясы өте тез өсе батайды, ал тесіктердің концентрациясы азаяды және Uзи > Uпор анықталған жағдайда электрондыға тесікпен электрөткізгіш типінің өзгеруі пайда болады (өткізу типінің инверсиясы пайда болады) – электрондардың инверсиялы қабаты пайда болады, яғни кіріс пен шығыс аумағын қосатын n-типті өткізгіштік өткізу арнасы. Мұндай арна индуцированный деп аталады. Қақпаның потенциалы өзгергенде аранда оның өткізгіштігін өзгертіп қозғалмалы заряд тасымалдаушылардың саны модульденеді, ал егер Uси келтірілсе, тізбектегі тоқ кіру – шығуына қатысты. Шығыс Iс тоқ шығыс Uси және қақпа Uзи потенциалына тәуелді. Бұл МДЖ – транзисторларының жұмыс тәртібі болады. Кіру тоғы (қақпа тізбегіндегі тоқ) өте кішентай (бұл тоқ диэлектр арқылы ) болғандықтан, ал шығу тоғы маңызды болады, сонда қуат күшеюі де маңызды, биполярлық транзисторларға әлдеқайда үлкен, мұндай транзистордың кіру кедергісі 1010 ÷ 1014Ом бола алады.
Теңсалмақты күйде тұрмайтын және сыртқы кернеудің әсерінен пайда болатын өткізгіш арна индуцировалданған деп аталады. Индуцировалданған арнаның қалыңдығы мүлдем өзгермей деугу болады (1-5 нм), сондықтан оның өткізгіштігінің модуляциясы концентрация тасушылардың өзгерісімен көрсетілген.
Өткізгіш арна пайда болатын қақпадағы кернеу табалдырықты кернеу деп аталады және Uпор деп белгіленеді. Егер n-типті подложканы таңдасақ, ал шығу және кіру аумақтарын р-типті қылсақ, онда индуцировалданған р-арнамен МДЖ-транзистор пайда болады. Табалдырықты және жұмыс кернеудің кері полярлық сыйпаттамасы үшін: Uпор<0, Uзи<0, Uси <0. Табалдырықты кернеудің мәндері Uпор=0,5÷3,5 В шектерде жатады деуге болады.
Транзисторлардың n және р-арналарымен үлестіруі қолданылатын электрлі сұлбаларды биполярлы транзисторлармен жағдайдағыдай комплементарлы сұлбалар деп атайды.
Арнаның пайда болуын жеңілдету үшін және кіріс және шығыс өткізгіштің жару кернеуін үлкейту үшін МДЖ-транзисторының табалдырығын үлкен менішікті кедергімен материалдан жасауға тырысады.
Негізінде МДЖ-транзисторларының n және р-аранларымен жұмыс механизмдері және қасиеттері бірдей. Бірақ кейбір айырмашылықтар бар. Біріншіден, n-арналы транзисторлар тезірек жұмыс істейді, себебі олардың жұмыс тасушыларының – электрондарының қозғалысы тесіктерге қарағанда шамамен үш есе жоғары. Екіншіден, n және р-араналы транзисторларда тепе-теңдік күйінде үстіңгі қабатының құрамы әр түрлі болады және бұл табалдырықты кернеудің өлшемінде көрсетіледі.
Кездескен арналарымен МДЖ – транзисторларында өткізгіш арнаны электрлік өріс арқылы емес, технологиялық жолмен жасайды. Бұл жағдайда біз, сондай-ақ артығырақ кең мәндер инитервалында Uзи қақпадағы кернеумен бұл арнаның өткізгіштігімен басқарамыз, сондықтан мұндай арна қақпадағы нольдік кернеуде де қолданылады. Ішіне жасалған арнамен МДЖ–транзисторлары үшін табалдырықты кернеудің орнына бөлшек кернеуінің шамасын енгізеді.
Бөлшек кернеуі – бұл ішіне жасалған өткізгіш арна жоғалғандағы және тізбектегі кіріс-шығыс тоқ нольге ұмтылғандағы қақпадағы кернеу. Ішіне жасалған арнасымен транзисторлар қақпадағы екі полярлықта да жұмыс істейді: теріс полярлықта арна тасымалдаушылармен кемиді (n-арналы транзистор үшін) және шығыс тоқ азаяды, оң полярлықта арна электрондармен көбееді (n-арналы транзистор үшін) және тоқ өседі. р-арналы транзисторлар үшін полярлықтар қарама-қарсы. Ішіне жасалған арнаны әдетте иондық легирлеу арқылы жұқа үстіңгі қабат түрінде істейді.
Негізгі жартылай өткізгішті пластиналар ретінде барлық өрістік транзисторларда n-типті және p-типті жартылай өткізгіште пайдалану мүмкін. Өрістік транзисторлар түр өзгешелігі алты түрі болуы мүмкін. Сондықтан n- және p- типті өрістік транзисторларды ажыратады. Өрістік транзисторларды топтық шығу статикалық сипатамасы ең жеткілікті жұмысын суреттейді (5.2 сурет), өрістік транзисторлардың барлық типтеріне бірдей пайдалы.
Сурет 5.4 – Тразиторлардың статикалық ВАС:
р-n-өтуі өрістік басқаруымен (а) МДЖ индуцияланганымен (б) және ішіне жасалған (в) арнамен
Егер кернеу Uси=0, онда жартылай өткізгіштің үсті эквипотенцияльды, өрісте диэлектрик біркелікті және құрылған арнаның қалыңдығы барлық аралықта бірдей болады. Кернеудің аз ғана мәнінде шығыс тізбектегі ток сызықты жоғарлайды (тік аймақты тәуелділік). Әрі қарай жоғарлауы ондағы кернеу есепке алу керек, потенциал үсті крістен шығысқа қарай жоғарлайды. Демек, потенциалдар айырмашылығы қақпа мен үстінгі шығыстың бағыты кемиді. Сәйкесінше диэлектрдегі өрістің қауыртылығы және арнадағы электрондар меншікті заряды кемиді. Сондықтан арнаның қимасы жақын аймақтағы шығысы қысылады, яғни инверсионды қабат немесе арна жоғалайын деп және шығыс тогы тұрақты шамаға ұмтылады, кернеуден шығысқа тәуелді емес.
Шығыста критикалық кернеу кезінде, негізінде кернеуді қаныққан деп айтады, потенциалдың айырмашылығы қақпа мен шығыстың үстінгі аймағы нөлге тең болады. Бір уақытта диэлектрикте өріс қауыртылықғы және арнадағы меншікті заряд тасушы сол нүктеде нөлге тең болады. Басқаша айтқанда арнаның мойыны құрылады.
Қаныққан кернеудің түрі:
Uси нас=Uзи-Uпор
Uси>Uнас кернеу кезінде арнаның қысқаруы болады; ал потенциал “мойыны” шығыс аймағында Uнас мәні сақталады, басында айтқандай қаннықан. Арнаның мойыны құрылғаннан кейін жұмыс тізбегінде ток кернеуден байланыспай қалады, ал шығыста токтың қанығуы басталады (осыдан кернеу атауы Uнас), яғни қаныққан кернеу дегеніміз бұл кернеу шығыс пен кірістің арасындағы сондай-ақ тізбктегі шығыс тогы өзгертілуі пайда болады (қанығады).
Ары қарай шығыс-кіріс кернеудің жоғарлауы транзистор аралығындағы байланыс тогы күрт өседі.
МДЖ-транзистордың әр түрлі типтегі шығу сипаттамасының ерекшелігі Uзи = 0ыңғайлы сипаттамасымен бекітіледі. МДЖ-транзисторда бұл сипаттама арнаның ішінде топ ортасында болады. Оның жоғарғы сипаттамасында үйлесімді басып озу тәртібі жүреді, ал төменде - қосу тәртібі.
Келтірілген жоғарғы сипаттама МДЖ - оларды подложкалар (П) шығыспен байланысқан кезде, транзисторлар әділетті мынадай жағдайда.Подложкаларды транзистордын өткізгіш арнасында токпен басқаратын кернеуден, қосымша электрод ретінде қолдануға болады. Бұл жағдайда подложканы астынғы қақпа деп атайды. Арнаның механикалық бағыттаушы тоғы тура сондай сияқты қақпадағы бағыттаушы кернеумен, ал топтық сипаттамасында Iс(Uси) Uпи = const сондай түрінде, Iс(Uси) Uзи – const сыйпаттамасы болады. характеристика.
Өрістік транзисторлардың негізгі шамалары: сипаттаманың тіктігі S, күшейту коэффициенті μ ішкі кедергі Ri.
Крутизной характеристики полевого транзистора называют отношение изменения тока стока к вызвавшему его изменению напряжения на затворе при.
Өрістік транзистордың сипаттамасының тіктігі деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген Uси = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады
S = (dIc/dUзи)|Uси = const
Өрістік транзистордың күшейткіш коэффициенті μ деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген Iс = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады
μ = (dUси/dUзи)|Iс = const
Өрістік транзистордың ішкі кедергісі Ri деп S шығыс тоғының өзгеруінің оның өзгеруіне әкелген Uзи = const болғанда қақпадағы кедергісіне қатынасын айтады
Ri = (dUси/dIс)|Uзи = const
Өрістік транзистордың күшейткіш коэффициенті, сипаттамасының тіктігі және ішкі кедергісі өзара арақатынаспен біріктірілген
μ = S Ri
Температура өскенде тіктігі де, табалдырықты кедергісі де азаяды, оның үстіне бұл шамалардың азаюы тоққа кері бағыттарда әсер етеді. Тоқтың олар теңесетін Ic мәндері бар. Бұл тұрақты мәнді ауыспалы тоқ деп атайды. Ауыспалы тоқтың бар болуы – МДЖ–транзисторлардың маңызды ерекшелігі; ол жеңіл жолмен – жұмыс тоқты алумен температуралық тұрақтандыру мүмкіншілігін қамтамасыз етеді
Өрістік транзисторлардың сипаттамаларының жұмыс аумағы қазіргі заманғы өрістік транзисторлар үшін S = 0,3...30 мА/В, ал Ri бірнеше мегаом құрайтын динамикалық теңдік аумағы болып табылады. Өрістік транзисторлардың маңызды еркшеліктері олардың өте үлкен кіру кедергілері (1015 Ом-ға дейін) және шекті жиілігі (1 ГГц-қа дейін) болып табылады.
Қосу сұлбалары. Статикалық сипаттамалары және шектері.
Электронды сұлбаларда қолдану ерекшеліктері
Биполярлық транзисторларға ұқсастығына қарай тұрақты потенциал нүктесіне қандай электрод қосылғанына байланысты қосу сұлбаларын үшке бөледі: кірісті, шығысты және қақпалы.
Ортақ кіріспен сұлба
Ортақ кіріспен сұлба (сурет 5.5) биполярлы транзисторлар үшін ортақ эмиттермен сұлбаға сай келеді.
Сурет 5.5 – Ортақ кіріспен өрістік транзистордың қосылу сұлбасы
Айырмашылығы диод қақпа-арна жабулышы бағытта қосылған болады. Бұл жағдайда кіріс тоқ нольге жақын, ал кіріс кедергісі өте үлкен болады. Сұлбаның анализі үшін алдыңғы бөлімде биполярлық транзисторлар үшін алынған нәтижелерге қайтып оралуға болады. Транзисторлардың сипаттамаларын және кіші сигналдардың шамаларын салыстыру келесі сәйкестік кестесін береді:
IК » IС
IЭ » IИ
IБ » IЗ ≈ 0
Ортақ кіріспен сұлба үшін күшейткіш коэффициентінің максималды шамасы A = -S = -μ құрайды.
Күшейткіш коэффициенті 0,1IСИ < IС < IСИ аралықта шығыс тоқтан тәуелсіз деуге болады және n- арналы өрістік транзисторлар үшін 100-ден 300-ге дейін құрайды. p-арналы өрістік транзисторлар үшін бұл өлшем шамамен екі есе кіші. Сонымен, өрістік транзисторлардың максималды күшейту коэффициенті биполярлы транзисторлардың максималды күшейту коэффициентінің шамамен оныншы бөлігін құрайды.
Сызықты емес қателіктердің коэффициенті, биполярлы транзисторларда сияқты кіру амплитудасына пропорционалды, бірақ ол жұмыс нүктесінің орналасуына тәуелді. Ол √IC шамаға кері пропорционалды.
Бұл коэффициент 1%-дан кіші болу үшін, кіру сигналдың амплитудасының шамасы 66мВ-тан үлкен болмау керек. Каскадтың кернеумен күшейткіш коэффициенті 20-ға тең болған кезде, шығу сигналдың амплитудасы шамамен 1,3 В-ті құрайды. Бұл өлшем ұқсас қосу сұлбамен биполярлы транзисторлардан әлдеқайда үлкен .
Өрістік және биполярлық транзистордың шулық сипаттамасының айырмашылығы маңызды. Өрістік транзисторда шулы тоқ биполярлыққа қарағанда біршама аз, онда шудың кернеуі сияқты бағыттаушы p-n-өткізгіш транзистор үшін маңызды, тәртіп мәні бір немесе сондай болады.
МЖЖ-транзисторда шулық фактор I/f 100 кГц тәртіп жиілігінің басталуынан байқалады. Сондай үлгімен МЖЖ-транзисторлар аз жиілікті аумақта өрістік транзисторлар бағыттаушы p-n-өткізгіштен «шулауы» біршама күшті, сондықтан оны тек қана жоғарғы жиілікті аз шулайтын мақсаттағы құрылғыларды қолданылады.
Жалпы қақпамен сұлбасы
Ереже бойынша өрістік транзистордың жалпы қақпамен сұлбасы үшін тіпті ұқсамайды, осыдан осы қосылыста қақпа-кіру транзистордың тізбегінің құрамына жоғарғы омдық қолданылмайды.
Жалпы шығыспен сұлбасы (кірулік қайталану).
Жалпы кіріспен сұлбасына қарағанда жалпы шығыстың сұлбасы біршама жоғарғы кіру кедергіге ие болады. Көпшілік жағдайдың бірінде ол қаншалықты үлкен болса да және жалпы кіру сұлбасы үшін де бұл маңызды мән берілмейді. Бұндай сұлбаның артықшылығы каскадтың кіру сыйымдылығын елеулі азайтудан тұрадады. Ерекшелігі эмиттерлік қайталанудан шығу кедергісі сигнал көзіндегі төменгі кедергіден қайталануы әсер етпейді.
Күшейткіш коэффициенттің және кіріс қайталағыштың шығу кедергісінің типтік мәндерін сандық мысалмен дәйектеуге болады. Транзистордың сипаттамасының 5 мА/В тіктігі және кіріс тізбегінің кедергісі RИ=1кОм кезінде
Бұл мысалдан кіріс қайталағыш эмиттерлі қайталағыштағыдай сондай кіші шығыс кедергі шамаларын ала алмайтындығын көреміз. Мұның себебі өрістік транзисторлардың биполярлық транзисторларға қарағанда тіктігінің аз болуы.
Сурет 5.6 – Өрістік транзистордың жалпы шығыспен қосылу сұлбасы
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
1. Өрістік транзистордың биполярлықтан айырмашылығы қандай?
2. Өрістік транзисторды қандай параметрлер сыйпаттайды?
3. МДЖ және МЖЖ транзисторлар дегеніміз не?
4. Өрістік транзистордың бағыттаушы р-n-өткізгішпен негізгі жұмысы қандай?
5. Өрістік транзистордың қосылуының негізгі сұлбасы
13-дәріс.
Тақырып.
Тиристорлар.
Дәріс сабағының құрылымы:
-
Жұмыс істеу принциптері.
Тиристордын тоғы транзистормен екінші транзистормен эмитторлерінің тоғына тен немесе транзисторлардың коллекторінің тен болатындығы төменгі берілген.
Мында
I=Iэ1= Iэ2= Iк1+ Iк2= α1 Iэ1+945;2 Iэ2 + Iк0 + β2 Iу=I(α1 + α2)+ Iк0 + β2 Iу
-
α1 и α2 - транзисторлардың эмитторлардың тасмалдау коэфициенттер;
-
Iк0 - коллекторлық аусуларының жылу тоқтарының қосындысы;
-
Iу - басқару тоғы;
-
β2 - екінші транзистордын тоқ бойыншы күшейту коэффициенты.
Ақырында тиристор арқылы өтетін тоқ үшін мынадай өрнек аламыз:
Мында α - 2 транзистордің эмиттірліқ тоқтарын тасмалдау коэффициенттірінің қосындысы.
Тиристордың волт-амперлік сипаттамасы (ВАС)
Суретте (6.1) тиристордың ВАСы берілген. Iy=0 U>Uвкл тиристор арқылы өтетін өте аз болады (I < Iвкл).
Егер ( I > Iвкл; U > Uвкл) тиристордың кедергісі теріс мән қабылдайды яғни dU/dt <0.
Тиристордың басқаратын тармағына сырттан көрмеу беру арқылы одан тоқтын өту өтпеун реттеуге болады. Басқаратын тоқтын шамасы белгілі бір мәннен асқаннан кейін тиристордың вольтамперлік сипаттамасында оның терісмәнді электр өткізушілеріне сайкесті бөлік пайда болады. Тиристор кәдімгі шала өткізгуштен жасалған диодқа айналады.
Егер тиристордан өтетін тоқ белгілі бір шамадан кіші болса, онда тиристор мына ... теристор жабылады.
Суретте 6.1 - Tиристордың ВАСы
Тиристордың негізгі сипаттамалары:
- Uвкл - тиристордың ашылуына сәйкестік кермеу ;
- Iвкл - тиристордың жабық куйіне сәйкесті тоқтын ең үлкен мәні;
- Iвыкл - тиристордың ашық куйіне сәйкесті тоқтын ең аз мәні ;
- Uост - тиристор тағы қалдық кернеу ;
- Iмакс - тиристор арқылы өтетін ең үлкен тоқ күші;
- Uобр макс - тиристорға түсірілетін кері бағыт тағы кернеудін ең үлкен мәні;
- Iсп - тиристорда ашатын басқару тоғынын мәні.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
-
Денистор мен тиристордің айырмашылықтары.
-
Диоттың торабақтағы және керібағыттардағы ең улкен тоқтар нелермен анықталады?
3.Тиристор былай жұмыс істейді.
4.Тиристордың волт-амперлік сипаттамасы (ВАС)
14-дәріс.
Тақырып. Күшейткіштер.
Дәріс сабағының құрылымы:
1.Интегральды операциялық күшейткіштер
1. Операциялық күшейткіштер - конструкциялық жағынан біртұтас жасалатын, өте кішкене көлемді, жоғары сапалы, жоғары стабилді, жиілік бойынша кең ауқымды, өте үлкен күшейту коэффициенті бар тұрақты тоқ күшейткіштері. Сонда-ақ, операциялық күшейткіш – шала дифференциялдық касакдтардан тұратын күрделі көп каскадты электрондық құрылғы .
Осы күшейткіштердің атауы алғашқыда оларды мтематикалық операциялар: қосу, алу, көбейту, логарифмдеу және т.б. амалдар жүргізуге қолданудан туған . Қазіргі кезде операциялық күшейткіштер унивесалдық құрылғылар болып табылады, олар генератор схемасын , активтік филтрлерді, телевизия элементтерінің сұлбаларын құруға кеңінен қолданылады.
ОК шартты белгісі:
Сүрет.1. Операциялық күшейткіштің шарты белгіленуі
UВЫХ = KU × (UВХ1 - UВХ2) (1)
онда 1-инверстейтін кіріс, 2 – инверстемейтін кіріс.
Екі кірісі бар және бір шығысы бар.Егер қосқыш , «+» белгіленген, жермен қосылған болса, ал кіріс сигналы «-» белгісіне қосылғанда , кіріс пен шығыс арасындағы фаза инверстеледі. Сондықтан қысқыш, «-» белгіленген, операциялық күшейткіштің кірісі инверсті боладықтан оны біз инверсті күшейткіш деп атаймыз. Ал керісінше болса, «-» егер қысқыш жерге қосылған болса, сигнал «+» қысқышқа қосылған болса, онда кіріс пен шығыс арасында фаза инверстелмейді. Сондықтан «+» қысқышты, инверстемейтін күшейткіш дейміз.
Идеалды операциялық күшейткіш келесі қасиеттерге ие. .
-
ОК тарату коэффициентті кері байланысы жоқ, шексіздікке тең;
-
кіріс ток нөлге тең ;
-
нөлдің ығысу кернеуі мен ығысу тогы ОК шығысында нөлге тең;
-
ОК кіріс кедергісі шексіздікке тең ;
-
ОК шығыс кедергісі нөлге тең.
ОК негізгі параметрі:
-
Кк күшейткіш коэффициенті ОК болмағанда ,бұл өсімшені кіріс кернеуге (тоққа) шақырған кезде, шығыс кернеудің өсімшесінің қатнасы тең болады.
-
Кіріс ығысу кернеуі Uығыс- бұл күшейткіштің шығысында 0-дік кернеу болуы үшін оның кірісіне берілуге тиісті тұрақты кернеу.
-
Ксин.бос – синфазалық кіріс кернеудің бәсеңдеу коэффициенті- қайта-қайта шақыратын шығыс кернеудің өсімшесі, кіріс кернеуге синфазалық кіріс кернеудің өсімше қатнасына тең.(Ұқсас полярлығы бар кіріс кернеуді қосу немесе фаза бойынша екі сәйкес келетің сигналдарды синфаза дейміз).
-
Rкір кіріс кедергісі ( кіріс шықпалар арасындағы кедергі) берілген сигнал жиілігінің мәні бойынша, оның кіріс кернеуінің өсімшесі , кіріс тоқты құрайтын активті өсімше қатнасына тең болады.
-
Орташа ығысу кернеуінің температуралық дрейфі Q = Uсм / Т;
-
Берілген шығыс кернеу мәні нәтижесінде , кіріс ток Iкір кіріс тоқтардың орташа арифметикалық мәні болып анықталады;
-
ОК кірісі арқылы ағатын , кіріс тоқтардың айырымы Iкір , тоқтардың мәндерінің айырымына тең болады;
-
Бірлік күшейткіштің жиілігі-бұл жілікте ОК күшейту коэффициентінің модулі бірлікке тең:
(f) = 1;
-
Rшығ шығыс кедергісі , берілген сигнал жиілігінің мәні бойынша, оның шығыс кернеуінің өсімшесі , шығыс тоқты құрайтын активті өсімше қатнасына тең болады.
-
Шекаралық жиілік- синусоидалы сигналдың максималды жиілігі.;
-
Максималды дифференциалды кіріс кернеу – бұл схемада ОК кіріс арасында берілетің кернеу,
дифференциалды каскадтың транзисторларының бұзылмауына керек;
-
Шығыс кернеудің максималды өсу жылдамдығы – тік бұрышты пішіні бар максималды кіріс кернеудің импульсі әсеінен, ОК шығыс кернеудің кішігірім өзгеру жылдамдығына тең болады;
-
Шығыс кернеуді белгілеу уақыты tбел. – салыстырмалы қателіктің рауалы мән шамасына кіріс
кернеудің секіруінен кейін болатын аралықтағы уақыт.
ОК аналогты сұлбалары:
Инверстейтін күшейткіш
Бұл сұлба практикада жиі қолданылады.Кері байланыстың тізбегің бұл жағдайда R1 резисторы көрсетеді, шығыс сигналдың жиілігін кері кіріске беру үшін қызмет атқарады.Бұл фактыда, резистор инверстейтің кіріспен жалғанған, кері байланыстын теріс сипаттын көрсетеді. Кіріс сигналы R2 резистор арқылы ОК инверсті кірісіне беріледі.
Сұлба көрсеткіштерің анықтауға болады, 1 түйін үшін тоқтың теңдеуімен қодануға болады. Егер қабылданған болса Rкір = ∞ и Iкір = 0, то Iкір = Iкб,
қайдан (Uкір- U0)/ R1= -( Uкір- U0)/ Rкб, мұнда Кк= ∞ кірістің кернеуі U0= 0, сонда Uкір/ Rкб = - Uкір/ Rкб. Егер Кк= Uшығ / Uкір,
сонда Кк= - Rкб / R1. Сондықтан U0 → 0, то Rкір = R1. Күшейткіштің шығыс кедергісі Rшығ= (Rшығ(1+Rос / R1)) / Кк.
Инверстемейтін күшейткіш. Инверстемейтін күшейткіште кернеу бойынша тізбекті теріс кері байланыс бар, ол инверсті кіріске беріледі, кіріс сигнал ОК инверстемейтін кіріске беріледі.
Uкір= Uшығ (R1 / (R1+ Rкб)), қайдан Кк = 1+ (Rкб / R1).
Кернеу мен тоқты түрлендіру сұлбасы.
Кернеуді қайталағыш
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
-
Интегральды операциялық күшейткіштерге анықтама беріңіз.
-
ОК қалдық сипаттамасын түсіндіріңіз.
-
ОК негігі параметрлері мен сипаттамаларын атаңыз.
-
Инвертирлеуші ОК дегеніміз не?
-
ОК сумматорының жұмыс істеу принципі.
-
Компаратор мен триггердің жұмыс істеу приципі.
0>0>0>0>0>
Достарыңызбен бөлісу: |