Дәрістік сабақ тезистері
1 Дәрістің тақырыбы: Электрондық аспаптардың сипаттамалары
Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану күкіртті қорғасын (PbS) кристалынан жасалған бірінші детектордан қазіргі кезеңдегі, ауданы I cм2-тан кем кремнийдің (Si) жалпақ тілігінде орындалған микроЭВМ-ға дейін, ұзақ жол кешті. Бұл нәтиже технологияның табыстарымен байланысты, ал технология болса, физикалық электроникаға сүйенеді. Біздің заманда микроэлектрониканың дамуы шалаөткізгіштер физикасының, олардың негізінде жаңа құрылымдар (структуралар) жасау технологиясының және бұл құрылымдардың тәсімдерге (схемаларға) (ҮИТ) біріктіру жетістіктерімен үздіксіз ынталандырып тұрады. Аса күрделі электрондық жүйелердің сенімділігі төмен, сыртқы шектік көлемі (габариттері) үлкен және жарамайтындай өте жоғары тұтыну қуаты, үстіміздегі ғасырдың 60-жылдары дағдарыс жағдайына әкеліп соқты. Бұл дағдарысты интегралдық микроэлектроника саласындағы ойлардың (идеялардың) көмегімен жеңуге болады. Электрониканың бұл бағыты бүкіл дүниені билеп алып, қазір үздіксіз жетілдіруде. Бұл саланың тууымен электрондық аппараттарды жасау түбегейлі өзгерді. Физиктер, химиктер мен технологтар, тәсім және жүйе техниктер бірге күш салса ғана электрондық интегралдық тәсім (ИТ) туады. Қазіргі замандағы электрониканың орасан зор “ғимаратын” салғанмен, зерттеушілер өздеріне келесі сұрақтарды қойды: электрониканың жұмыс істеуі ең жақсы ма, оның шеше алмайтын міндеттері бар ма, ғылым-техникалық революция ұсынатын жаңа түйінді мәселелерді қойғанда қиындықтар туады. Расында да, ақпаратты (информацияны) көзбен шолатындай етіп бейнелеу, оптикалық құбылыстардың қатыстыруын әрқашанда керек қылады. Міне, сондықтан, болашақ ақпараттық жүйелерді жасау тәсімдердің жаңаларының арасында, оптоэлектроника маңызды орын алады. Оптикалық құбылыстардың ерекшеліктері электрондық құбылыстармен үйлесте (тіркесте) оптоэлектрондық ақпараттық жүйелерге (ОАЖ) жаңа, зор мүмкіншіліктер істеп береді. Яғни, оптоэлектроника, оптика мен электрониканың мүмкіншіліктерінен асып түседі.
Кейбір анықтамаларға көшкенге дейін, ең алдымен, келесі бетте көрсетілген көзқарас жүйесінің кестесін (диаграммасын) қарастырайық. Бұл кесте осы курс пәндерінің арасындағы ішкі байланыстарын бақылауға мүмкіндік береді де, оқулықтың мазмұнымен таныстырады. Осындай көзқарас жүйесінің кестелері оқу құралында анықтама ретінде жиі келтіріледі. Оқырманға кестелерді, олардың құрылымы мен мазмұнын өз бетімен таңдап, жиі сызуына кеңес береміз. Бұл күмәнсіз, оқылатын материалдың нәтижелі, терең меңгерілуін арттырады.
Білімнің қай саласына болса да, анықтама беру әрдайым қиын болып келеді, себебі бұл жағдайда негізінен бір тұтас болып келетін бұл саланы бөлуге тура келеді. Соның өзінде де әлдебір ғылым саласының нақтылы объектілерін ретке келтіреміз десек, бізге санақ нүктелері керек болып шығады. Осы мақсатымызға жетуге ғылыми түсініктер көмектесе алады. Сондықтан, тәуекел деп, алдыңыздағы кітапта қарастырылатын физикалық электроника, микроэлектроника, микроэлектрондық технология және оптоэлектроника деген білім салаларына мағыналы анықтамаларды беріп көрейік.
Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану күкіртті қорғасын (PbS) кристалынан жасалған бірінші детектордан қазіргі кезеңдегі, ауданы I cм2-тан кем кремнийдің (Si) жалпақ тілігінде орындалған микроЭВМ-ға дейін, ұзақ жол кешті. Бұл нәтиже технологияның табыстарымен байланысты, ал технология болса, физикалық электроникаға сүйенеді. Біздің заманда микроэлектрониканың дамуы шалаөткізгіштер физикасының, олардың негізінде жаңа құрылымдар (структуралар) жасау технологиясының және бұл құрылымдардың тәсімдерге (схемаларға) (ҮИТ) біріктіру жетістіктерімен үздіксіз ынталандырып тұрады. Аса күрделі электрондық жүйелердің сенімділігі төмен, сыртқы шектік көлемі (габариттері) үлкен және жарамайтындай өте жоғары тұтыну қуаты, үстіміздегі ғасырдың 60-жылдары дағдарыс жағдайына әкеліп соқты. Бұл дағдарысты интегралдық микроэлектроника саласындағы ойлардың (идеялардың) көмегімен жеңуге болады. Электрониканың бұл бағыты бүкіл дүниені билеп алып, қазір үздіксіз жетілдіруде. Бұл саланың тууымен электрондық аппараттарды жасау түбегейлі өзгерді. Физиктер, химиктер мен технологтар, тәсім және жүйе техниктер бірге күш салса ғана электрондық интегралдық тәсім (ИТ) туады. Қазіргі замандағы электрониканың орасан зор “ғимаратын” салғанмен, зерттеушілер өздеріне келесі сұрақтарды қойды: электрониканың жұмыс істеуі ең жақсы ма, оның шеше алмайтын міндеттері бар ма, ғылым-техникалық революция ұсынатын жаңа түйінді мәселелерді қойғанда қиындықтар туады. Расында да, ақпаратты (информацияны) көзбен шолатындай етіп бейнелеу, оптикалық құбылыстардың қатыстыруын әрқашанда керек қылады. Міне, сондықтан, болашақ ақпараттық жүйелерді жасау тәсімдердің жаңаларының арасында, оптоэлектроника маңызды орын алады. Оптикалық құбылыстардың ерекшеліктері электрондық құбылыстармен үйлесте (тіркесте) оптоэлектрондық ақпараттық жүйелерге (ОАЖ) жаңа, зор мүмкіншіліктер істеп береді. Яғни, оптоэлектроника, оптика мен электрониканың мүмкіншіліктерінен асып түседі.
Кейбір анықтамаларға көшкенге дейін, ең алдымен, келесі бетте көрсетілген көзқарас жүйесінің кестесін (диаграммасын) қарастырайық. Бұл кесте осы курс пәндерінің арасындағы ішкі байланыстарын бақылауға мүмкіндік береді де, оқулықтың мазмұнымен таныстырады. Осындай көзқарас жүйесінің кестелері оқу құралында анықтама ретінде жиі келтіріледі. Оқырманға кестелерді, олардың құрылымы мен мазмұнын өз бетімен таңдап, жиі сызуына кеңес береміз. Бұл күмәнсіз, оқылатын материалдың нәтижелі, терең меңгерілуін арттырады.
Білімнің қай саласына болса да, анықтама беру әрдайым қиын болып келеді, себебі бұл жағдайда негізінен бір тұтас болып келетін бұл саланы бөлуге тура келеді. Соның өзінде де әлдебір ғылым саласының нақтылы объектілерін ретке келтіреміз десек, бізге санақ нүктелері керек болып шығады. Осы мақсатымызға жетуге ғылыми түсініктер көмектесе алады. Сондықтан, тәуекел деп, алдыңыздағы кітапта қарастырылатын физикалық электроника, микроэлектроника, микроэлектрондық технология және оптоэлектроника деген білім салаларына мағыналы анықтамаларды беріп көрейік.
Дәрістік кешен
Алматы, 2016
Дәрістік сабақ тезистері
1 Дәрістің тақырыбы: Электрондық аспаптардың сипаттамалары
Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану күкіртті қорғасын (PbS) кристалынан жасалған бірінші детектордан қазіргі кезеңдегі, ауданы I cм2-тан кем кремнийдің (Si) жалпақ тілігінде орындалған микроЭВМ-ға дейін, ұзақ жол кешті. Бұл нәтиже технологияның табыстарымен байланысты, ал технология болса, физикалық электроникаға сүйенеді. Біздің заманда микроэлектрониканың дамуы шалаөткізгіштер физикасының, олардың негізінде жаңа құрылымдар (структуралар) жасау технологиясының және бұл құрылымдардың тәсімдерге (схемаларға) (ҮИТ) біріктіру жетістіктерімен үздіксіз ынталандырып тұрады. Аса күрделі электрондық жүйелердің сенімділігі төмен, сыртқы шектік көлемі (габариттері) үлкен және жарамайтындай өте жоғары тұтыну қуаты, үстіміздегі ғасырдың 60-жылдары дағдарыс жағдайына әкеліп соқты. Бұл дағдарысты интегралдық микроэлектроника саласындағы ойлардың (идеялардың) көмегімен жеңуге болады. Электрониканың бұл бағыты бүкіл дүниені билеп алып, қазір үздіксіз жетілдіруде. Бұл саланың тууымен электрондық аппараттарды жасау түбегейлі өзгерді. Физиктер, химиктер мен технологтар, тәсім және жүйе техниктер бірге күш салса ғана электрондық интегралдық тәсім (ИТ) туады. Қазіргі замандағы электрониканың орасан зор "ғимаратын" салғанмен, зерттеушілер өздеріне келесі сұрақтарды қойды: электрониканың жұмыс істеуі ең жақсы ма, оның шеше алмайтын міндеттері бар ма, ғылым-техникалық революция ұсынатын жаңа түйінді мәселелерді қойғанда қиындықтар туады. Расында да, ақпаратты (информацияны) көзбен шолатындай етіп бейнелеу, оптикалық құбылыстардың қатыстыруын әрқашанда керек қылады. Міне, сондықтан, болашақ ақпараттық жүйелерді жасау тәсімдердің жаңаларының арасында, оптоэлектроника маңызды орын алады. Оптикалық құбылыстардың ерекшеліктері электрондық құбылыстармен үйлесте (тіркесте) оптоэлектрондық ақпараттық жүйелерге (ОАЖ) жаңа, зор мүмкіншіліктер істеп береді. Яғни, оптоэлектроника, оптика мен электрониканың мүмкіншіліктерінен асып түседі.
Кейбір анықтамаларға көшкенге дейін, ең алдымен, келесі бетте көрсетілген көзқарас жүйесінің кестесін (диаграммасын) қарастырайық. Бұл кесте осы курс пәндерінің арасындағы ішкі байланыстарын бақылауға мүмкіндік береді де, оқулықтың мазмұнымен таныстырады. Осындай көзқарас жүйесінің кестелері оқу құралында анықтама ретінде жиі келтіріледі. Оқырманға кестелерді, олардың құрылымы мен мазмұнын өз бетімен таңдап, жиі сызуына кеңес береміз. Бұл күмәнсіз, оқылатын материалдың нәтижелі, терең меңгерілуін арттырады.
Білімнің қай саласына болса да, анықтама беру әрдайым қиын болып келеді, себебі бұл жағдайда негізінен бір тұтас болып келетін бұл саланы бөлуге тура келеді. Соның өзінде де әлдебір ғылым саласының нақтылы объектілерін ретке келтіреміз десек, бізге санақ нүктелері керек болып шығады. Осы мақсатымызға жетуге ғылыми түсініктер көмектесе алады. Сондықтан, тәуекел деп, алдыңыздағы кітапта қарастырылатын физикалық электроника, микроэлектроника, микроэлектрондық технология және оптоэлектроника деген білім салаларына мағыналы анықтамаларды беріп көрейік.
Сөздердің өз мағынасы бойынша физикалық электроника деп, қозғалыстағы электрондар ағындары тудыратын электр тоғын пайдаланумен айналысатын, оны зерттейтін ғылым саласын айтады. Тәжірибе жағынан үйлесетіндей етіп, анықтаманы басқаша да беруге болады. Мысалы, кейбір қатты денелердің электрондық қасиеттерін, электронды жинап, белгілі жерге жеткізе алатын құрылғыларды жасауға жарайтын материалдарды дайындау тәсілдерін зерттейтін ғылым саласын физикалық электроника деп те, атауға болады. Соңғы беріліп отырған анықтама физикалық электрониканы микроскоптық деңгейде болатын құбылыстардың көзқарасын сипаттайды. Бұл құбылыстардың шын мәніндегі көрінісін аңғарамын деп ұмтылушы физикке, мейлінше кішкентай материалдық дүниедегі болатын тәсілдер әрқашанда аса қызық болып көрінеді. Әлбетте, физиктер мен инженерлер заттардың барлық қасиеттерін тексеруге ұмтылмайды, олардың тек қана электрондық қасиеттерін зерттейді. Кез келген материалдарды қарастырмай, олар сипаттамалар өндіріс құралдарында қолдану көзқарасынан қызықтыратын шалаөткізгіштерге ғана ерекше көңіл аударады. Электрониканың қолданбалы немесе өнеркәсіп электроникасы деп аталатын және онымен тығыз байланысты тәсім-техникасы (схемотехника) делінетін сала тарамы бар екенін ескертейік. Физикалық электрониканың жетістіктері негізінде сақталатын ақпаратты сақтау, түрлендіру және жеткізу құрылғыларын дайындау, бұл салалардың міндеті болып табылады.
Физикалық электрониканың үздіксіз дамуы айрықша мәнді кезеңге - микроэлектрониканың пайда болуына жеткізеді. Кремнийдің өте кішкене (миниатюралы) жұқашаларынан немесе тұтас жиынтықтарынан орындалған, құрамындағы элементтердің тығыздығы жоғарғы дәрежеде болатын интегралдық тәсімдердің (ИТ) физикалық және техникалық мәселелерімен айналысатын ғылым мен техника саласын микроэлектроника деп атауға келісілген. Қысқасы, микроэлектроника дегеніміз, керекті қасиеттері бар әртүрлі элементтердің жасалынуымен айналысатын сала. Бұл элементтерге жататындар: жалғаулық өткізгіштер, актив элементтер (биполяр мен өрістік транзисторлардың құрамына кіретін p-n және металл-шалаөткізгіш өткелдері), сондай-ақ пассив элементтер (резисторлар мен конденсаторлар). Жоғарыда аталып өткен барлық элементтер өздерінің оқшаулағыш (изоляциялаушы) пен өткізгіш аймақтарымен көбіне кремний немесе басқа шалаөткізгіштің беті мен көлемінде бір төсеніште (подложкада) жасалады. Сондықтан, бұл салада қабыршақтардың (пленкалардың) өсетін орындары мен қалыңдығын, сондай-ақ төсенішке енгізілетін қоспалардың үйірленуін (концентрациясын) басқаруға мүмкіндік беретін тәсілдер қолданылады. Бұның нәтижесінде күшейту, есте сақтау, сигналдарды ығыстыру және т.б. амалдары ИТ (интегралдық тәсімдер) жасалады. ИТ мен қатар үзіктілікті элементтерден жиналған электр тізбектері қолданбалы электроника зерттейтін объектілер болып табылады. Бұның бәрі физикалық пен қолданбалы электрониканың өзара байланысы бір-біріне еніп кеткендігін көрсетеді.
Үзіктілікті шалаөткізгіш аспаптар электроникасы және онымен қоса, қазіргі уақытта маңызы басым болып жүрген материалдарды, жоспарлау тәсілдері мен өндіруді белгілеуге келіскен. Планарлық технологияны шалаөткізгіш аспаптар дайындаудағы жеке технологияларының біріктірілуі ретінде қарастыруға болады. ИТ - тердің пішіннамалық (геометриялық) өлшемі немесе біріктірілу дәрежесі, тұтынушылық қуаты, тез әрекеттілігі мен сенімділігі сияқты сипаттамалары пайдаланылатын технологияның түрімен елеулі байланысты.
Әдебиеттер: 1 нег. [13-31]; 2 нег. [5-18]; 3 нег. [3-21]; 2 қос. [4-18]; 4 қос. [16-24].
Бақылау сүрақтары:
1. Үзіктілікті шалаөткізгіш аспаптар?
2. Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану?
3. Планарлық технология дегеніміз не?
4.ИТ жасауда берілген жүйелілікпен қолданылатын ережелерді, нормалар мен талаптардың жинағы?
2 Дәрістін такырыбы: Биполярлы, өрістік және IGBT транзисторлардың параметрлері және статикалық сипаттамалары.Қосылу сұлбалары.
Биполярлы транзистор дегеніміз шалаөткізгіш монокристалдың ішінде кезектесіп (алмасып) тұратын өткізгіштігі үш аймақ болатын р - п - р - немесе п - р - п құрылым. (19-а, Суретті қара).
19 Сурет - Биполярлық транзистордың құрылысы а)
Ортасындағы аймақты "Б"база деп, ал шеткі аймақтарды "Э" эмиттер және "К" коллектор деп атайды. Эмиттер, коллектор және база аймақтары транзисторды электр тізбегіне қосуға мүмкіндік беретін шықпалармен жабдықталған (қамдалған).
Эмиттер мен база құратын өткелді эмиттерлік (ЭӨ) өткел деп, ал коллектор мен база құратын өткелді коллекторлық (КӨ) деп атайды. Транзистор өткелдерінің әрқайсысына тік немесе кері ығысу беріле алады. ЭӨ-ге тік ығысу түскенде эмиттер ішінен базаға оған негізгі болмайтын тасымалдаушылар (тасушылар) инжекцияланады, ал КӨ-ге кері кернеу түсіп тұрғанда база аймағы арқылы өтіп келіп тұрған тасушылардың экстракциясы жүреді. БТ- де эмиттердің ішіндегі қоспалардың үйірленуі (концентрациясы) базаның ішіндегісінен бірнеше рет (порядок) жоғары болады, яғни ЭӨ- біржақты. Коллектордың ішіндегі қоспалардың үйірленуі эмиттердегідей (балқытылумен әзірленген транзистор) немесе шамамен алғанда базадағыдай (планарлық транзистор) болуы мүмкін. Әдетте транзисторда КӨ-нің ауданы ЭӨ-нің ауданынан үлкен, сондықтан бұл жағдай база ішіне инжекцияланған тасушылардың көбін жинап алуға мүмкіндік береді. База аймағында заряд тасушылардың өту механизміне тәуелді дрейфтік және дрейфсіздік транзисторларды айырып танайды.
Дрейфсіздік транзисторларда базалық аймақ арқылы негізгі емес заряд тасушылардың тасымалдануы диффузиямен байланысты. Дрейфтік транзисторларда қоспаларды арнайы үлестіру жолымен база аймағында ішкі электр өрісі тудырылып, негізгі емес заряд тасушылардың база арқылы тасымалдануы әрі дрейф арқылы (көмегімен), әрі диффузия көмегімен іске асырылады. Қазіргі транзисторлардың көбі дрейфтік. Бірақ жұмыс істеу қағидаларын түсіндіруді оңайлату (жеңілдету) үшін біз дрейфсіздік транзисторларды қарастырамыз.
Биполярлық транзисторлар үшін 20, б - суретте келтірілген шартты белгілерін қолдану керек.
20 Сурет б)
Транзистордың n-р-n түрінің жұмыс істеу қағидасын қарастырайық. Транзистор келесі тәртіптерде (режімдерде) қолданылуы мүмкін:
а) n-р өткелдердің екеуі де кері бағытта ығысқан (тоқтату (отсечка) тәртібі);
ә) өткелдердің екеуі де тік бағытта ығысқан (қанығу тәртібі);
б) эмиттерлік өткел тік бағытта, ал коллекторлық кері бағытта ығысқан (активті тәртіп - белсенді тәртіп);
Белсенді тәртіпте жұмыс істегенде (21- сурет) ЭӨ-нің потенциалдық тосқауылы.
21 Сурет - Биполярлық транзистордың жұмыс істеу қағидасы
мәніне дейін төмендейді, ал кедейленген қабаттың ені кемиді; КӨ-нің потенциалдық тосқауылы шамасына өседі, ал кедейленген қабаттың ені артады. Эмиттерлік өткел арқылы база ішіне электрондардың инжекциясы іске асады. Инжекцияның деңгейі инжекцияланған электрондардың үйірленуінің олардың (е - дың) база ішіндегі тепе-теңдік үйірленуіне қатынасымен анықталады.
Базаның Wб - деген ені транзисторларда Wб Ln болатындай етіп таңдап алынады. Мұндағы Ln дегеніміз диффузиялық ұзындық
. (5)
мұндағы Dn - диффузия еселеуіші (коэффициенті);
- өмір сүру уақыты.
Сондықтан эмиттермен инжекцияланған е-дардың басым көпшілігі базаның кемтіктерімен рекомбинациялануға (жойылуға) үлгермей коллекторға жетеді. Қазіргі кремнийден жасалған транзисторлардың базасының ені Wб -- 1мкм, ал электронның кремнийдің ішіндегі диффузиялық ұзындығы 5-10 мкм. КӨ-ні маңында электрондар, оның үдеткіш өрісіне түседі де, коллектордың ішіне тартылады. Дрейфсіздік транзисторларда база электрі бейтарап болуы тиісті. Электрондар мен кемтіктердің жарым-жартылай рекомбинациялану себебінен базаның бейтараптылығы бұзылады. Оны қайта орнату үшін, яғни кемтіктердің оң таңбалы зарядын толықтыру үшін, орныққан жұмыс тәртібінде Uэб кернеу көзінен база ішіне кемтіктердің керекті саны енгізіледі. Бұл соңғы кемтіктер базаның рекомбинациялық тоғын береді. Физикалық тұрғыдан бұл артық е-дардың Uэб көзіне қайта ағуына сәйкесті. Сонымен қатар, база тізбегі бойынша І кбо - тоғы (КӨ-нің кері тоғы) ағады.
КӨ арқылы ағатын Ік тоғы ЭӨ-нің тоғына тәуелді.
База тоғы:
Іб=Іэ - Ік 6)
Эмиттер тоғының беріліс еселеуіші (коэффициенті)
Эмиттер тоғы қатаң айтқанның өзінде де, ЭӨ бір жақты болғанның өзінде тек е-дардың қозғалысымен ғана анықталмай, кемтіктердің де қозғалысымен анықталады; ал коллектор тоғы (Іэ-ге тәуелді болатын) тек е - мен ғана анықталады. Сондықтан эмиттердің тиімділігі (эффективтілігі) деген түсінікті енгізуге болады
(7)
Мұнда Іэп және Іэр - эмиттер тоғының құраушысы ретінде кіретін электрондардың және кемтіктік бөліктері
Іэ=Іэп+Іэр. (8)
База арқылы тасушыларды тасымалдау еселеуі дегеніміз келесі қатынас болып табылады:
(9)
Эмиттердің тоғын беру статикалық еселеуіші деп - көбейтіні айтады.
Өндірістің шығаратын транзисторлары үшін бұл - деген еселеуіш 0,9-0,999 шамасына жетеді.
Қатаң математикалық қатынастарға сүйенбей-ақ Ік мен Uкб - ні, Іэ мен Uэб-ні [кейде Ік=f(Uкб) және Іэ=f(Uэб)] байланыстыратын ВАС-тың жүрісін түсіндірейік.
Ік=f(Uкб)- коллекторлық ВАС деп, ал, Іэ=f(Uэб)- эмиттерлік ВАС деп аталады.
22 Сурет - коллекторлық және вольт - амперлік сипаттамасы
Эмиттерлік тоқ нөлге тең болғанда (Іэ=0), коллекторлық тізбек бойымен КӨ-нің кері тоғы Ікб бұл тоқ негізгі емес тасушылардың қозғалысынан туады. Бұл тоқ диодтағы кері ығысу бергендегі кері тоқтың Uкб- ға тәуелділігі сияқты заңдылықты береді. Іэ=0, яғни нөлге тең болмағанда база ішіне электрондардың ағыны инжекцияланады да, олардың (электрондың) көбі коллекторға жетеді. Эмиттер тоғымен қамтамасcыздандырылатын коллекторлық ток, Іэ-ге тең болады екен. Коллектор кернеуінің нөл мәнінен кері кернеудің жеткілікті үлкен мәндеріне дейін өзгеруі коллектор тоғына тек сәл дәрежеде әсер етеді, себебі КӨ оған жеткен е-ның бәрін Uкб кернеуінің шамасына тәуелсіз жинап алады. Uкб-нің өсуімен Ік- ның сәл өсуінің бақылануы КӨ-нің Uкб-нің өсуімен, енінің кеңейуімен, ал база енінің кішірейуімен және еселеуішінің сәл үлкеюімен түсіндіріледі.
Сонымен, коллектордың толық тоғы
(10)
ал база тоғы (11)
Uкб-нің шамасы үлкен болғанда, коллектордың тоғы КӨ-нің көшкіндік тесіп өтілу себебінен күрт өседі. КӨ-ге тік ығысу бергенде 2.3 Суреттегі ВАС - тан көріп отырғанымыздай Ік нөлге дейін кемиді де, ал одан кейін өзінің бағытын өзгертеді. Бұл жағдай КӨ-ге тік ығысу түсірілгенде оның электр өрісі база ішінен коллекторға қозғалып келе жатқан е- дар үшін тежеуші болатындығынан және КӨ-де тік тоқтың (Іэ-нің әсерінен пайда болатын) пайда болуымен түсіндіріледі. 4.3, а Суреттегі сипаттамалар ВАС-тар үшін ширекте (квадратта) салынған, себебі коллекторлық кернеу кері болып тұр, ал коллекторлық тоқ негізгі емес заряд тасушыларымен іске асырылады.
Uкб =0 кезіндегі (жағдайындағы) эмиттерлік. ВАС диодтың ВАС-ына жақын; Uкб0 болғанда сипаттама жоғары ығысады, себебі КӨ кеңейеді де, базаның ені кеңейеді. Бұл жағдайда Uкб =0 болғандағы сипаттаманың Uкб* кернеуінің мәніне сәйкесті жерін қарастырсақ, базадағы е- лердің үйірленуінің драдиенті өседі. Ал, бұл өз кезегінде эмиттер тоғының өсуімен қабаттас болады.
Әдетте коллекторлық эмиттермен салыстырғанда кемірек қосынлатындықтан және КӨ-нің ауданы ЭӨ-нің ауданынан үлкен болатындықтан, транзистор беттескелі (симметриялы) прибор емес. Бірақ тәсілге қосқанда эмиттер мен коллекторды орындарымен ауыстырып қосуға болады. Транзистордың тәсілге мұндай жалғануы инвестрлік, яғни терістелген деп аталады. Эмиттер тоғының беріліс еселеуіші (терістеп қосқанда коллектор эмиттер болды), тік жалғағандағы еселеуішінен кем болады. Бұл Ік-ның е-дық құрамының кемуімен және ауданы кем болатын коллектордың е-дарды жинауының нашарлануымен байланысты.
Дәріптелген (идеализированный) транзистор және оның ВАС-ы. (Эберс-Моллдың математикалық нобайы)
Есептеулер үшін оның ішінде өз тәсілдендірілген есептеулер үшін де нақты транзисторды, оның дәріптелген балама тәсілімен ауыстырып, орнына алуға болады.
23 Сурет - Эберс - Моллдың математикалық нобайы
Бұл тәсімді транзистор ЭӨ мен ЭК-ларды еліктетілетін (имитациялайтын) екі шалаөткізгіш ретінде және оларға қатарлас қосылған І2 менІ1 тоқ көздерімен беріліп отыр. Бұл тоқкөздері нақты транзисторлардағы өткелдердің өзара әрекеттесуін (байланысын) ескеруге мүмкіндік береді. Бұл балама (парапарлық) тәсімде базаның кедергісін елемеуге және ЭӨ мен КӨ өткелдерінде кернеу өзгергенде база арқылы заряд тасушылардың өту шарттары өзгермейді деп алуға келісілген. Мұндай жеңілдіктер Іэ, Ік және Іб транзистор тоқтарының эмиттерлік Uэб мен коллекторлық Uкб кернеулерімен байланысын беретін өрнектерді оңай табуға мүмкіндік береді. Еске салайық, егер ЭӨ тік бағытта ығысқан болса және ол арқылы І1- ток өтіп жатса, онда база ішіндегі заряд тасушылардың белгілі бір бөлігінің жойылу (рекомбинациялану) себебінен КӨ-нің ішіндегі ток кеміген болады. Бұл жағдай балама тәсімде І1- ток генераторымен ескерілген. Осыған ұқсас терістеп (инверсті) қосқан жағдайда эмиттер ролін атқаратын өткелден берілуі де генераторымен ескерілген.
Тікелей 5.5 суреттен табатынымыз келесі:
(12)
Өткелдің ВАС-ын келесі түрде табылатынын, екенін ескеріп, әрбір п-р- өткел үшін былай жаза аламыз:
(13)
(14)
Транзистордың немқұрайлы (формалды) орнын баса тұру тәсілдері.
24 Сурет - Биполярлық транзистордың қосылу схемалары
Ортақ базамен қосылған күшейткіш
Транзистордың ОБ-схемасы бойынша қосылуы 3.12 - суретте көрсетілген.
25 Сурет - ОБ-схемасы бойынша қосылған күшейткіш
Кіріс сигнал (V in ) эмиттерге келіп түседі, ал шығыс сигнал (V out ) коллектордан алынады. Бұл схеманың кіріс кедергісі өте кішкентай (~ 15 Ом ), ал шығыс кедергісі жеткілікті үлкен ( әдетте 1 МОм-нан асып түседі). Бұл схема біршама тұрақталған тоқ көзін еске салады. Жоғарыда аталып кеткен барлық ерекшеліктер себебімен ОБ - күшейткішінің қолдану салалары шектелген, бірақ бұл схема кернеу бойынша күшейтуді қамтамасыз етеді, сондықтан кейде кедергілері төмен болатын көздерден (микрофондар, бергіштер және антенналар) алынған сигналдарды күшейту үшін пайдаланылады. Ортақ базамен қосылған күшейткіштің негізгі схемасы 25 - суретте көрсетілген. Тұрақты ток режімінде жұмыс істеудің шарттары Rв1, Rв2 резисторларымен орындалады. Базаны айнымалы ток сигналдарына қатысты айыруды С1 конденсаторы іске асырады.
ОБ-схеманы күшейту мақсатымен пайдаланғанда тұрақтандыру проблемалары айтарлықтай қатаң емес, себебі бастапқы ток Iсво әдетте небәрі бірнеше микроампер.
Қарастырылып отырған схема үшін кіріс сигнал кедергісі төмен көзінен келіп түсуі тиіс. Міне, осындай көз ретінде жиі трансформатордың екінші реттік орамасы болады. Ал егер де сыйымдылықтық байланыс пайдаланылатын болса, кедергіні кеміту үшін сыйымдылығы өте жоғары болатын конденсаторды қолдану керек.
ОБ-схемасы кіріс пен шығыс арасындағы сигнал фазасына өзгерістер енгізбейді, себебі оң таңбалы кіріс сигналы келіп түскенде коллекторлық ток кемиді, ал коллектордағы кернеу өседі.
Келесі беттегі 3.1 - кесте жоғарыда сипатталған күшейткіштер схемаларының параметрлерінің айырмашылықтары келтірілген.
Түрлі күшейткіш транзисторлық схемалар параметрлерінің салыстырылуы
3.1 - кесте
Параметр
ОЭ - схема
ОК - схема
ОБ - схема
Кернеу бойынша күшейту коэффициенті
Жоғары
Төмен
(1 немесе 1)
Жоғары
( 100)
Ток бойынша күшейту коэффициенті
Жоғары
(β)
Жоғары
(β + 1)
Төмен
( 1)
Кіріс кедергісі,
Z in [Ом]
Орташа
(~ 1)
Жоғары
( 100 )
Төмен
Шығыс кедергісі,
Z out [Ом ]
Орташа немесе жоғары
Төмен
( 100)
Жоғары
( 500)
Фазаның терістелуі
Бар
Жоқ
Жоқ
БПТ - нің қиылу режіміндегі динамикалық параметрлер
(қарастырып отырған модельде) екі сызықты емес тосқауылдық сыйымдылықтармен анықталады ( 3.7-Суретті қара). Бұл сыйымдылықтар сәйкесті р-n-өткелдердегі кернеу өсімшелерінің пайда болу себебінен жабу қабатының аймағында жиналған қозғалмайтын зарядтардың өсімшесін модельдейді:
; ; (16)
Мұнда және - эмиттерлік пен коллекторлық өткелдердің болған жағдайдағы сыйымдылықтардың шамасы, ал және -К-Б ( коллектор база ) және Э-Б ( эмиттер - база ) өткелдердің ТПА-сы
( түйіндік потенциалдар айырымы ); жақша сыртындағы "n" - көрсеткіштің мәні диффузиялық БПТ- лер үшін n=13 деп алынады.
Келешекте эмиттерлік және коллекторлық өткелдер сыйымдылықтарының шамасын паспорттық деректер ретінде ( әрине бегілі бір қателікпен ) пайдаланатын боламыз
БПТ-нің белсенді режімдегі жиіліктік қасиеттері негізінен база ішіндегі қозғалмалы заряд тасушылардың таралу процесінің инерциялығымен және коллекторлық ауысудағы ( өткелдегі ) тосқауылдық сыйымдылықтың ( ) ықпалымен анықталады. Инженерлік есептеулерде ток бойынша беріліс коэффицентінің ( ) жиіліктік сипаттамасы төменгі жиіліктік ( ТЖ ) сүзгінің ( I-ші реттік ) сипаттамасымен беріле алады.
(17)
Мұндағы - қиықтың дөңгелектік жиілігі. Бұл - жиілікте беріліс коэффицентінің абсолют мәні β - кемиді ( -есеге ). Уақыттық аймақта бұл тәуелділік келесі түрде болады
(18)
Мұндағы - тоқ бойынша беріліс коэффициентінің уақыт тұрақтысы.
БПТ-нің динамикалық параметрлерін қарастырғанда күшейтудің шекаралық жиілігі ( басқаша айтқанда бірлік күшейту жиілігі ) деген түсінік енгізіледі. Бұл жиілікте күшейту коэффициентінің модулі 1-ге дейін кемиді. Тәжірибе жүзінде есептегенде келесі қатынасты пайдаланады:
(19)
(тағы интегралдық схемалардағы БПТ-лармен жұмыс істейміз) заряд тасушылардың тасымалдау процестерінің инерциялығымен;
өткелдердің нақты электр сыиымдылықтарының ( өткелдер тура және кері ығысқанда пайда болатын ) бар болуымен және ішкі кедергілер мәндерінің ақырғы болуымен;
зарядтардың жиналу және таралу эффектілерімен ( кілттік схемаларды талдағанда әсіресе маңызды ).
Инерциялық себептердің талдануын жеңілдету үшін әдетте, транзистор ішіндегі инерциялық процестер көздерінің үлкенірек бөлігін эквивалентті сыиымдылықтарға ( жалпы жағдайда кернеу мен жиілікке тәуелді болатын ) келтіреді де, түрлі режімдерде жұмыс істей алатын транзистордың эквивалентті схемасын құруға мүмкіндік болады.
26 Сурет - БПТ-нің айнымалы токтағы эквиваленттік схема
а) белсенді режім
б) қиылу режімі
(20)
С*к және С*Э - кері ығысқан p-n - өткелдердің сыйымдылықтары.
белсенді режімдегі жұмысшы нүктенің орны бұзылуы мүмкін;
база тізбектеріндегі резисторлар шамалары (мәндері) үлкен схемаларда температураны жоғарылатқанда БПТ-нің қиылу режімінен шығуының бұзылуы мүмкін;
температура өзгергенді қию кернеуінде және қаныққан БПТ-нің коллекторындағы қалдық кернеудің шамасы да өзгереді. Бірақ бұл өзгерулер айтарлықтай емес, сондықтан тәжірибе жүзінде ескермеуге де болады.
Төменгі жиіліктер үшін эмиттері ортақ ТЖК - ның (төменгі жиіліктер күшейткіші) балама схемасы
Транзисторалр негізінде күшейту каскадтарының толып жатқан варианттарының ішінде ОЭ - схемасы бойынша БПТ-ні қосу кеңінен қолданылып жүр.
Бұл схема алғашқы талдауға ыңғайлы. Бөліп тұратын элементтер түрінде схемада С1 және С2 конденсаторлар пайдаланған, яғни Ег - кіріс сигналының көзі және Rж - жүктеме кедергісі сыйымдылықтық байланыс арқылы сәйкесті түрде каскадтың кірісі мен шығысында қосылған. ОЭ - күшейткіш каскадының негізгі болып келесі екі элементтер алынады: Rк- резистор және n-p-n транзистор.
27 Сурет. Кіріс сигналы
Кіріс сигналы жоғында күшейткіш каскад тыныштық режімінде жұмыс істейді, кейде бұл режімді бастапқы, ал айнымалы сигнал күшейткіштерінде - тұрақты ток режімі деп те атайды. Базаның тыныштық тоғы Rб резисторының көмегімен келесі түрде беріледі:
. Бұл өрнектен коллектордың тыныштық тоғын беруге болады:. Сызықты күшейткіштердің көбі үшін тынышытық режімінде коллектордағы кернеуді келесіге тең болатындай таңдап алады:
.
Келесі ескертуді келтірсек. Тыныштық режімде Si - транзисторлар үшін кернеу .
Қарастырылып отырған каскадқа айнымалы кіріс сигналының оң таңбалы жартылай толқынын түсіргенде база тоғы да өседі. Бұның нәтижесінде Rк кедергідегі кернеудің кұлауы да өседі, ал транзистор коллекторындағы кернеу кемиді, яғни шығыс кернеудің теріс таңбалы жартылай толкынының қалыптасуы орындалады. Сонымен, ОЭ каскад кіріс сигналды терістейді, яғни Uкір. мен Uшығ. Арасында фаза ығысуын 1800 орындайды.Айнымалы ток боыйнша күшейткіш каскадтың параметрлерін есептеу үшін оның шағын сигналды балама схемасын пайдаланған ыңғайлы (28 - сурет).
28 - Сурет. ОЭ каскадының моделі
Бұл схема орташа жиіліктер аймағы үшін ОЭ каскадының моделі, егер бөліп тұрушы сыйымдылықтардың кедергісі шамалы яғни кішкентай, ал коллекторлық өткелдің сыйымдылығының кедергісі үлкен және β - коэффициентінің, яғни ток бойынша күшейтудің дифференциалдық коэффициенті (ОЭ схема үшін ) шамасы бойынша кемуі байкалмайды.
Бұл схеманың негізінде БПТ- нің Оэ - схемасының баламасы алынған да, оған күшейткіш каскадтың Rк және Rб пассив элементтерін және де кіріс сигналдың генераторын және Rжүк толықтырған.
Келесі жағдайды ескерейік! Генератор яғни ток генераторы келесі екі тізбектермен шунтталады: және . Бұл тізбектердің соңғысы жүктеменің жұмысшы тізбегі болып табылады.Коллектордың шығыс тоғына кедергінің ықпалын келесі балама параметрлерді пайдаланып ескеруге болады:
.
Онда .
Бұл жердегі және басқаларын тоқтардың амплитудалық мәндерін түсіну керек.
29 Сурет
30 Сурет
Транзисторлардың динамикалық параметрлері
Динамикалық параметрлер деп келесі параметрлерді түсінеміз. Бұл параметрлер схеманың басқа компоненттерінің (құрауыштарының) осындай параметрлерімен бірге сызықты схеманың АЖС-ының түрін анықтайтын немесе кілттік схемалардың өтпелі процестерін сипаттайтын болып табылады.
Белсенді режімде жұмыс істейтін схемалар үшін көбінесе ток бойынша бірлік коэффициентінің жиіліктік сипаттамасын қарастырады. (-ны немесе -ны). Бұл коэффициенттердің жиіліктік сипаттамасы келесі жағдайлармен анықталады:
транзисторлық құрастылымдағы базалық өзгеруі ток бойынша беріліс коэффициентінің өзгеруі. Міне осы, жоғарыда айтылған параметрлердің арасында температураға ең күшті тәуелді болатыны - кері токтар:
(21)
Мұнда t*- екі еселеу температурасы, яғни температура айырымының белгілі бір мәнінде кері жылулық тоқтар екі еселенеді (тәжірибе жүзінде жиі келесі мәнді қолданады: t*=10оС).
Әдетте kt - деп белгіленетін температуралық коэффициентті (жалпы алғанда кез келген температураға тәуелді А шаманың) былай түсінеді: - 1 оС-ға есептелген коэффициенттін түсінеміз.
UБЭ-нің температуралық коэффициентінің мөлшерлік мәні жуықтап алғанда деп бағалағанда (ескерту: температураның өсуі UБЭ-шамасының кемуіне әкеліп соғады).
Мүмкін болатын келесі бұзылуларға да көңіл аудару керек: Әдетте шамасы бойынша үлкен (оншақты, жүз шақты килоОм).
Шығыс кедергі:
(22)
БПТ-нің ОК схемасындағы өте кішкентай (өте аз шама).
Сонымен келесі жағдайды атап кетуге болады. БПТ-нің ОК-схемасы келесі параметрлерді алуға мүмкіндік береді:
Кернеу бойынша өте тұрақты күшейту коэффициентін (себебі -мәні өте үлкен болғанда беріліс коэффицентінің шамасы -ның мәніне өте аз теуелді болады);
Ток бойынша күшейту коэфицентін жоғарғы дәрежеде етіп алуға болады
БПТ-нің статикалық сипаттамаларына температураның әсер
БПТ-нің барлық сипаттамаларына температураның өзгеруі әртүрлі дәрежеде ықпал етеді, бірақ келесі БПТ-нің статикалық сипаттамаларына нақты анықтаушы ықпал жасайтындар келесілер кері тоқтардың өзгеруі, т- деп бейнеленген температуралық потенциалдық тәжірибе жүзінде БПТ-нің тоқтары үшін барлық қатынастар және оның өткелдеріндегі потенциялдар және оның өткелдеріндегі потенциялдар үшін барлық қатынастар ( ОЭ схемасына тән болатын ) ОК-схемасы үшін де қолданыла алады.
Тағы бір ескерілетін жағдай - ол ОК-схемасы үшін қанығу режімі болмайды, себебі коллектор потенциялы ешқандай да база потенциялынан төмен бола алмайды.
БПТ-нің ОК-схемасы үшін қанығу режіміндегі параметрлер ОЭ- схемасындағы қиылу режіміндегі параметрлеріне ұқсас.
ОЭ-схемасындағы кернеу бойынша күшейту
(23)
Бұл соңғы өрнектен көретініміз: β-шамасы үлкен болғанда - шамасы 1-ге өте жақын.
ОЭ-схемасындағы ток бойынша күшейту
(24)
P.S. Бұл соңғы өрнектен - шамасы өте үлкен
Кіріс кедергіні талдағанда - эмитерлік резистор ток бойынша тізбекті КБ ( кері байланыс ) рөлін атқарады да , ОЭ-схемадағы кіріс кедергі келісіге тең болады.
Өрістік транзисторлар. Тәжірибе жүзінде дәлелдеген транзистордың жұмыс істеу негізі
Өрістік транзисторлар (ӨТ) н егізіндегі кіші сигналдар күшейткіштері
Кіші сигналдар күшейткіштері деп отырғанымыз амплитудасы жұмысшы нүктелердегі токтар мен кернеулер шамасынан көп кіші (мысалы, құраушыларға түсірілетін тұрақты тоқ пен кернеулердің мәндерінен) шағын айнымалы сигналдарды күшейту үшін пайдаланылатын схемалар. Зиянды элементтердің себебінен сигналдардың таралу кідірістерін және фазалық өзгерістерін ескермеуге болатындай ету үшін кіші сигналдар күшейткіштері айтарлықтай төменгі жиіліктерде жұмыс істелуі.
Әдебиеттер: 1 нег. [33-48]; 2 нег. [19-41]; 3 нег. [22-31]; 2 қос. [19-38]; 4 қос. [25-31].
Бақылау сұрақтары:
Динамикалық параметрлер?
БПТ-нің барлық сипаттамаларына температураның өзгеруі?
Зиянды элементтердің?
Негізгі систематикалық принциптері?
3. Дәрістің тақырыбы: Тиристорлардың сипаттамаларын зерттеу
Тиристорлар - бұл көп қабатты екі тұрақты күйі бар, ауысып қосылатын p-n-p-n немесе n-p-n-p құрылымды аспап
Кейде "Si"-ден (кремнийден) жасалған басқарылатын диодты тиристор деп те атайды, ал "тиристор" аталымы (термині) сондай-ақ электрондық құраушылардың бірқатарын (үйірін) сипаттау үшін де пайдаланылады. Шын мәнінде, Si-ден жасалған басқарылатын диод - бұл үш шықпасы бар төрт қабатты аспап. Оның құрылымы3.1 а Суретте, ал схемаларда белгілеу үшін қолданылатын сәйкесті символ3.1 б Суретте көрсетілген.
а) б) в)
3.1 - Сурет. Кремнийден жасалған басқарылатын диод:
а - құрылымы;
б - символдық белгіленуі;
в - транзисторлық аналог.
Егер анод пен катод аралығына оң таңбалы кернеу түсірілсе, шамасы сәл ғана ток пайда болады, себебі орталық ауысу (центрлік өткел) кері ығысқан болып қалады. Кернеудің шамасын өсіргенде оның белгілі бір мәнге жеткенде тоқтың көшкіндік өсу процесі басталады. Бұл процесс тек қана сыртқы тізбектің кедергісімен шектеледі. Көшкіндік процесс басталғаннан кейін тоқтың шамасын "ұстау тоғы" деп аталатын сандық деңгей шамасына дейін төмендетуге болады.
Алайда (дегенмен), басқарушы электродқа оң таңбалы импульсті түсіріп, көшкіндік процесті инициализациялауға болады. Жоғарыда қарастырылған жағдайдағыдай, ток жүре бастағаннан кейін оны (токты) тек "ұстау тоғы" деңгейінен төменгі шамаға дейін кемітіп тоқтатуға болады. Тәжірибе жүзінде мұны анод пен катодты конденсатор көмегімен немесе осы сияқты жолмен лезде қысқа тұйықтап та істеуге болады.
Тиристорды іске қосу үшін керек болатын басқарушы электродтың тоғы жеткілікті аз (төмен). Мысалы, қуатты тиристор ішінде 50 А асып түсетін токтар жүре алады, ал бұл жағдайдағы басқарушы электрод тоғының шамасы 20 мА.
3.2 - Сурет.Тиристордың ВАС-сы
Көшкіндік эффект әрекетін 7.1 в суреттегі p-n-p n-p-n қос транзисторлар жұмысының бет алысымен қарастырып түсіндіруге болады. Оң таңбалы импульс басқарушы электродқа келіп түскеннен кейін TR1 және TR2 деп белгіленген транзисторлардың екеуі де бірден ашылады. Міне, осындай схема катодпен-басқарылатын тиристор деп аталады. Егер n-p-n-p - құрылымдар пайдаланылса анодпен басқарылатын тиристор болып шығады. Бұл тиристорды іске қосу үшін теріс таңбалы басқарушы импульс керек болып шығады. Тиристорлар токты тек бір бағытта ғана өткізе алады. Егер бір корпус ішінде анодпен басқарылатын және катодпен басқарылатын тиристорларды қосып жасасақ, екі бағытта да ток өткізетін екі бағытты тиристор деп аталатын, немесе триак деп аталатын аспапты аламыз. Міне осындай құрылым және оның символдық белгіленуі3.3 Суретте көрсетілген. Екібағытты тиристорлар айналымы ток схемаларын басқару үшін кеңінен қолданылады.
а) б)
3.3 - Сурет. Екі бағытты тиристор:
а - құралымы;
б - символдық белгіленуі;
Сонымен қатар, жоғарыда сипатталған көшкіндік эффекттің негізінде жұмыс істейтін екі шықпасы болатын төрт қабатты аспапты да жасауға болады. Бұл аспаптың аталуы - диак немесе екібағытты диодты тиристор. Осындай аспаптың МТ1 және МТ2 деп белгіленген шықпалардың арасындағы кедергісі көшкіндік процестің басталу кернеуінің шамасына жеткенше өте жоғары дәрежеде қала береді, яғни ток өткізбей оқшауланған болып тұрады. Көшкіндік процестің басталу кернеуіне жеткенде өткізгіштілігі артады (өседі) да, кернеу төменгі деңгейге дейін түседі, ал ток тек қана сыртқы кедергімен шектелінеді. Бұл жерде де бұрынғыдай аспаппен жүретін ток оның шамасы ұстау тоғының деңгейінен төмен түскеннен кейін ғана тоқтайды.
3.4 Сурет - Тиристорлар тобының шартты белгіленуі мен симмистордың ВАС-с
3.1 Кесте
Аспаптың атауы
Белгіленуі
Динистор
Жұқа базадан басқарылатын тиристор
Қалың базадан басқарылатын тиристор
Жұқа базадан басқарылатын жабылатын тиристор
3.1 кестенің жалғасы
Қалың базадан басқарылатын жабылатын тиристор
Диак
Триак
Ажыратып қосқыш шала өткізгіш аспаптарға тиристорлар, бір өткелді және құйындық транзисторлар жатады. Тиристорлар - екі тепе-теңдік күйі бар көп қабатты ажыратып қосқыш құрылымдар. Онда 4 немесе одан көп p-n қабаты және 3 немесе одан да көп p-n өткелі бар.
Олар мына түрлерге бөлінеді:
а) басқарылмайтын тиристорлар - екі электродты - динисторлар немесе диод-тиристорлар;
б) басқарылатын тиристорлар - ортаңғы электродтардың бірімен басқарылады - тринисторлар немесе триод-тиристорлар.
Барлық төрт электродынан шықпалары бар ортаңғы электродтардан басқарылатын - тетрод-тиристор.
Әдебиеттер: 1 нег. [49-62]; 2 нег. [42-61]; 3 нег. [34-56]; 2 қос. [39-51]; 4 қос. [32-58].
Бақылау сұрақтары:
симметриялы тиристорлар.
Тиристордың артықшылы - ғы?
екі тепе-теңдік күйі бар көп қабатты ажыратып қосқыш құрылымдар?
басқарылмайтын тиристорлар.
4 Дәрістін такырыбы: Электронды тізбектер(2сағ)
Электрондық күшейткіштер деп электрлік сигналдарды , олардың формасын өзгертпей, қоректену көзінің энергиясынын көмегімен қуатын ұлғайтып, күшейтетін құрылғыны айтамыз. Күшейткішті қосудың құрылсы 1 суретте көрсетілген.
4
2
1
3
С
Сурет 1. Күшейткішті қосудың құрылымдық сұлбасы.
1-кіріс сигналдың қорек көзі, 2-күшейткіш, 3 - жүктеме, 4 - қорек көзі. Күшейткіштің сұлбасы шығыс каскадтан және алдын ала каскадтан тұрады. Алдын ала каскадтардың қызметті-қорек көзінен алынған, күшейткіш сигналдарды деңгейіне дейін, шығыс каскадтың кірісіне беру керек, өйткені оның жұмысы жақсы істеу керек. Барлық күшейткіштер екі классқа бөлінеді- сызықты және сызықты емес жұмыс режимге. Сызықты жұмыс режимі бар күшейткіштерге шығыс сигналдар алу үшін талаптар қойылады, формасы бойынша кіріске жақын. Сызықты жұмыс режимі бар күшейткіштің керекті көрсеткіші амплитудалы-жиіліктік сипаттамасы болып табылады(АЖС), Ки күшейткіш коэффициент модулінің тәуелділігің шағылыстырады, жиіліктен синусоидалы кіріс сигналы үшін анықталған. Сызықты жұмыс режимі бар АЖС түріне байланысты күшейткіштерді бөлеміз: жаймен өзгеретің сигналдарға (тұрақты ток күшейткіштері-ТТК), дыбыстық жиілік күшейткіштері (ДЖК), жоғарғы жиілік күшейткіштері(ЖЖК), кең жолақты күшейткіштер (КЖК) және тар жолақты күшейткіштер (ТЖК). Сызықты емес жұмыс режимі бар күшейткіштерде кіріс мәндегі лездік мәнді беру пропорционалдығы жоқ. Мұндай күшейткіштер кіріс сигналдарды түрлендіру үшін қолданылады, мысалы синусоидалыны импульстік сигналға (шектеуші-күшейткіш). Күшейткіштер биполярлы және өрістік немесе интегралдық шағынсхемаларда орындалады.
Күшейткіштердің негізгі сипаттамасы.
Күшейткіш коэффициентті кернеу бойынша күшейту Ки =Uшығ Uкір, ток бойынша күшейту коэфффициенті КI = Iшығ Iкір, қуат бойынша күшейту коэфффициенті КР = Ршығ Ркір . Каскадтық қосылыста К = К1 · К · К ·...Кn, онда n- каскадтар саны. Күшейту коэффициенттің децибелда көрсетсек (ДБ), олар мына қатнастарымен анықталады Кu = 20lg (Uшығ Uкір), КI = 20lg (Iшығ Iкір), Кр = 20lg(Ршығ Ркір)
Шығыс қуатты. Бұл қуат күшейткіштің шығысында берілгенжұмыс режимінде берілген . Ршығ = Uшығ[2] Uкір = Um шығ2 2Rн.
Кіріс және шығыс кедергілері. Күшейткіштің кіріс кедергісі - бұл күшейткіштер күшейткіштің кіріс қосқыштар аралығында орналасқан. Rкір = Uкір Iкір. Шығыс кедергі Rшығ жүктеме кедергісін өшіргенде күшейткіштің шығыс қосқыштар арасында кедергіні анықтаймыз.
Пайдалы әсер коэффициентті. Бұл коэффициент тең болады күшейткіштің шығысындағы қуаттың қуатқа қатынасы, Е кернеуі энергия қорек көзімен берілетің : η = Ршығ Р0.
Номиналды кіріс кернеуі. Номиналды кіріс кернеу деп, күшейткіш кірісіне алып келетің , сонда шығыстан берілген кернеу алатын кернеуді атаймыз.
Күшейтетің жиілік диапазоны. Күшейкіштің жиілік диапазоны немесе күшейткіштің өткізу жолағы деп, техникалық жағдайда болатын, күшейткіштік коэффициентті көп өзгермейтің жиілік ауданын айтамыз.
Күшейткіштердегі бұрмаланулар. Келесі бұрмалану түрлерің айырамыз: Сызықты емес бұрмалану тербелістің қисық күшейткіштік формасының өзгеруіне алып келеді, тізбектердің сызықты емес қасиеттімен алынған. Күшейткіштің сызықты емес бұрмалану дәрежесі сызықты емес бұрмалану коэффициенттімен немесе гармоника коэффициенттімен бағаланады.: Кг = √(Р2 +Р3+...+Рп) √ Р1, мұнда Р2 +Р3+...+Рп - электрлік қуаттрадың суммасы , Р1- бірінші гармониканың электрлік қуатты , Кг = √(I²2 + I²3+...+ I²п) I1 = √(U²2 + U²3+...+ U²п) U1, мұнда I1, I2, Iп және т.б. - шығыстағы тогтың гармоникасы және т.б. бірінші , екінші, үшінші амплитудалық мәндері; U1, U2, U3 және т.б. - шығыс кернеудің гармоникасы және т.б. бірінші , екінші, үшінші амплитудалық мәндері. Күшейткіштің шығысында пайда болатын , сызықты емес бұрмаланудың жалпы шамасы: Кг= Кг1 + Кг2 + Кг3 +· · · + Кгп, мұнда Кг1, Кг2, Кг3, Кгп - күшейткіштің әрбір каскадымен енгізілген, сызықты емес бұрмалану.
Сызықтық бұрмалауларда жиіліктік және фазалық бұрмалаулар деп бөлінеді.Шығыс кернеудің, спектрдің жеке гармоникалық құрастырушыларының салыстырмалы шамаларының өзгеруінен туатын, түрінің өзгеруін жиіліктік бұрмалану деп атайды. Бұл бұрмалауды жиіліктік бұрмалау коэффмциенттімен бағалайды, яғни ,мұндағы Êî - орта жиіліктегі күшейту коэффициентті, К- берілген жиіліктегі күшейту коэффициентті.
Фазалық бұрмалау деп жеке гармоникалық құрастырушылардың уақыт бойынша әртүрлі жылжуының нәтижесінде туатын шығыс кернеудің түрінің өзгеруін айтамыз. Күшейткіштің беретін фазалық бұрмалауын оның фазалық сипаттамасы арқылы бағалайды.
Фазалы-жиіліктік сипаттама деп күшейткіштің шығыс және кіріс кернеулерінің арасындағы жылжу фазасындағы бұрышы мен жиіліктің арасындағы тәуелділік графигін айтады.
Амплитудалық сипаттама деп күшейткіштің шығысындағы кернеудің бірінші гармоникалық амплитудасы кірістегі синусоидалы кернеудің амплитудасына тәуелділігі. Өтпелі сипаттама кіріске сатылы сигнал берілген кезде, шығыс кернеудің уақыттқа Uшығ (t) тәуелді.
Күшейткіштегі кері байланыс.Кері байланыстардың түрлері. Күшейткіштердегі кері байланыс деп күшейткіштің шығыс тізбектерінен сигналдың бір бөлігін кіріс тізбектеріне беруді қамтамасыз ететін электрлік тізбектердің арасындағы байланысты айтады. (Сурет 2.). Күшейткіштің 1- шығыс сигналының бір бөлігі (Uшығ. кернеуінің немесе Iшығ.- тогының бөлігі түрінде) кері байланыс тізбегі 2 арқылы кері байланыс сигналы (Iкб не Uкб) түрінде кіріс нүктеге барып қосылады. Бұл сиганлдың кіріс сигналмен қосылуы немесе одан алынуы мүмкін
β
+
К
Uкір
Uкб = β Uшығ
Сурет 2. Күшейткіштегі кері байланыс
Егерде кірмелік сигналдың кернеуі Uкір мен кері байланыс сигналының кернеуі Uкб фаза бойынша сәйкес болып , бірімен-бірі қосылса, онда мұндай кері байланысты оң кері байланыс деп атайды. Бұл жағдайда күшейткіштің кірісінде күшейген U1 сиганл әсер етеді. Егерде кері байланысты қосқанда кіріс сиганлдың кернеуі Uкір мен кері байланыс сиганлының кернеуі Uкб фаза бойынша қарама-қарсы болып, олар бірінен - бірі шегерілсе , онда мұндай кері байланыс теріс кері байланыс деп аталады. Кері байланыстарды шығыс тізбектерге қосу түріне қарай кернеу бойынша және ток бойынша болатын екрі байланыстарға бөледі. Керену бойынша кері байланыста Uêá= βUшығ , мұндағы Uкб - кері байланыс кернеуі, β - кері байланысты беру коэффициентті, Uшығ - шығыс кернеу. Бұл жағдайда кері байланыс тізбегі жүктемеге параллель қосылады. Ток бойынша кері байланыста Uкб=RкбIшығ , мұнда Rкб - кері байланыс кедергісі, Iшығ - шығыс ток, яғни кері байланыс тізбегі күшейткіштің шығысына, жүктемеге тізбектеліп қосылады. Егерде схемада кері байланыс аталған екі әдістің қосылып түрленуінен жасалса , онда шығыс бойынша аралас кері байланыс деп аталады.Кері байлныстың түрлері:
- кернеу бойынша;
- ток бойынша;
- комбинацияланған.
Кері байланстын қосылу схемасы болу мүмкін:
- тізбекті ;
- параллелді;
- тізбекті- параллелді.
Операциялық күшейткіштер (ОК).
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:
1 -
2 +
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 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Алматы, 2016
Дәрістік сабақ тезистері
1 Дәрістің тақырыбы: Электрондық аспаптардың сипаттамалары
Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану күкіртті қорғасын (PbS) кристалынан жасалған бірінші детектордан қазіргі кезеңдегі, ауданы I cм2-тан кем кремнийдің (Si) жалпақ тілігінде орындалған микроЭВМ-ға дейін, ұзақ жол кешті. Бұл нәтиже технологияның табыстарымен байланысты, ал технология болса, физикалық электроникаға сүйенеді. Біздің заманда микроэлектрониканың дамуы шалаөткізгіштер физикасының, олардың негізінде жаңа құрылымдар (структуралар) жасау технологиясының және бұл құрылымдардың тәсімдерге (схемаларға) (ҮИТ) біріктіру жетістіктерімен үздіксіз ынталандырып тұрады. Аса күрделі электрондық жүйелердің сенімділігі төмен, сыртқы шектік көлемі (габариттері) үлкен және жарамайтындай өте жоғары тұтыну қуаты, үстіміздегі ғасырдың 60-жылдары дағдарыс жағдайына әкеліп соқты. Бұл дағдарысты интегралдық микроэлектроника саласындағы ойлардың (идеялардың) көмегімен жеңуге болады. Электрониканың бұл бағыты бүкіл дүниені билеп алып, қазір үздіксіз жетілдіруде. Бұл саланың тууымен электрондық аппараттарды жасау түбегейлі өзгерді. Физиктер, химиктер мен технологтар, тәсім және жүйе техниктер бірге күш салса ғана электрондық интегралдық тәсім (ИТ) туады. Қазіргі замандағы электрониканың орасан зор "ғимаратын" салғанмен, зерттеушілер өздеріне келесі сұрақтарды қойды: электрониканың жұмыс істеуі ең жақсы ма, оның шеше алмайтын міндеттері бар ма, ғылым-техникалық революция ұсынатын жаңа түйінді мәселелерді қойғанда қиындықтар туады. Расында да, ақпаратты (информацияны) көзбен шолатындай етіп бейнелеу, оптикалық құбылыстардың қатыстыруын әрқашанда керек қылады. Міне, сондықтан, болашақ ақпараттық жүйелерді жасау тәсімдердің жаңаларының арасында, оптоэлектроника маңызды орын алады. Оптикалық құбылыстардың ерекшеліктері электрондық құбылыстармен үйлесте (тіркесте) оптоэлектрондық ақпараттық жүйелерге (ОАЖ) жаңа, зор мүмкіншіліктер істеп береді. Яғни, оптоэлектроника, оптика мен электрониканың мүмкіншіліктерінен асып түседі.
Кейбір анықтамаларға көшкенге дейін, ең алдымен, келесі бетте көрсетілген көзқарас жүйесінің кестесін (диаграммасын) қарастырайық. Бұл кесте осы курс пәндерінің арасындағы ішкі байланыстарын бақылауға мүмкіндік береді де, оқулықтың мазмұнымен таныстырады. Осындай көзқарас жүйесінің кестелері оқу құралында анықтама ретінде жиі келтіріледі. Оқырманға кестелерді, олардың құрылымы мен мазмұнын өз бетімен таңдап, жиі сызуына кеңес береміз. Бұл күмәнсіз, оқылатын материалдың нәтижелі, терең меңгерілуін арттырады.
Білімнің қай саласына болса да, анықтама беру әрдайым қиын болып келеді, себебі бұл жағдайда негізінен бір тұтас болып келетін бұл саланы бөлуге тура келеді. Соның өзінде де әлдебір ғылым саласының нақтылы объектілерін ретке келтіреміз десек, бізге санақ нүктелері керек болып шығады. Осы мақсатымызға жетуге ғылыми түсініктер көмектесе алады. Сондықтан, тәуекел деп, алдыңыздағы кітапта қарастырылатын физикалық электроника, микроэлектроника, микроэлектрондық технология және оптоэлектроника деген білім салаларына мағыналы анықтамаларды беріп көрейік.
Сөздердің өз мағынасы бойынша физикалық электроника деп, қозғалыстағы электрондар ағындары тудыратын электр тоғын пайдаланумен айналысатын, оны зерттейтін ғылым саласын айтады. Тәжірибе жағынан үйлесетіндей етіп, анықтаманы басқаша да беруге болады. Мысалы, кейбір қатты денелердің электрондық қасиеттерін, электронды жинап, белгілі жерге жеткізе алатын құрылғыларды жасауға жарайтын материалдарды дайындау тәсілдерін зерттейтін ғылым саласын физикалық электроника деп те, атауға болады. Соңғы беріліп отырған анықтама физикалық электрониканы микроскоптық деңгейде болатын құбылыстардың көзқарасын сипаттайды. Бұл құбылыстардың шын мәніндегі көрінісін аңғарамын деп ұмтылушы физикке, мейлінше кішкентай материалдық дүниедегі болатын тәсілдер әрқашанда аса қызық болып көрінеді. Әлбетте, физиктер мен инженерлер заттардың барлық қасиеттерін тексеруге ұмтылмайды, олардың тек қана электрондық қасиеттерін зерттейді. Кез келген материалдарды қарастырмай, олар сипаттамалар өндіріс құралдарында қолдану көзқарасынан қызықтыратын шалаөткізгіштерге ғана ерекше көңіл аударады. Электрониканың қолданбалы немесе өнеркәсіп электроникасы деп аталатын және онымен тығыз байланысты тәсім-техникасы (схемотехника) делінетін сала тарамы бар екенін ескертейік. Физикалық электрониканың жетістіктері негізінде сақталатын ақпаратты сақтау, түрлендіру және жеткізу құрылғыларын дайындау, бұл салалардың міндеті болып табылады.
Физикалық электрониканың үздіксіз дамуы айрықша мәнді кезеңге - микроэлектрониканың пайда болуына жеткізеді. Кремнийдің өте кішкене (миниатюралы) жұқашаларынан немесе тұтас жиынтықтарынан орындалған, құрамындағы элементтердің тығыздығы жоғарғы дәрежеде болатын интегралдық тәсімдердің (ИТ) физикалық және техникалық мәселелерімен айналысатын ғылым мен техника саласын микроэлектроника деп атауға келісілген. Қысқасы, микроэлектроника дегеніміз, керекті қасиеттері бар әртүрлі элементтердің жасалынуымен айналысатын сала. Бұл элементтерге жататындар: жалғаулық өткізгіштер, актив элементтер (биполяр мен өрістік транзисторлардың құрамына кіретін p-n және металл-шалаөткізгіш өткелдері), сондай-ақ пассив элементтер (резисторлар мен конденсаторлар). Жоғарыда аталып өткен барлық элементтер өздерінің оқшаулағыш (изоляциялаушы) пен өткізгіш аймақтарымен көбіне кремний немесе басқа шалаөткізгіштің беті мен көлемінде бір төсеніште (подложкада) жасалады. Сондықтан, бұл салада қабыршақтардың (пленкалардың) өсетін орындары мен қалыңдығын, сондай-ақ төсенішке енгізілетін қоспалардың үйірленуін (концентрациясын) басқаруға мүмкіндік беретін тәсілдер қолданылады. Бұның нәтижесінде күшейту, есте сақтау, сигналдарды ығыстыру және т.б. амалдары ИТ (интегралдық тәсімдер) жасалады. ИТ мен қатар үзіктілікті элементтерден жиналған электр тізбектері қолданбалы электроника зерттейтін объектілер болып табылады. Бұның бәрі физикалық пен қолданбалы электрониканың өзара байланысы бір-біріне еніп кеткендігін көрсетеді.
Үзіктілікті шалаөткізгіш аспаптар электроникасы және онымен қоса, қазіргі уақытта маңызы басым болып жүрген материалдарды, жоспарлау тәсілдері мен өндіруді белгілеуге келіскен. Планарлық технологияны шалаөткізгіш аспаптар дайындаудағы жеке технологияларының біріктірілуі ретінде қарастыруға болады. ИТ - тердің пішіннамалық (геометриялық) өлшемі немесе біріктірілу дәрежесі, тұтынушылық қуаты, тез әрекеттілігі мен сенімділігі сияқты сипаттамалары пайдаланылатын технологияның түрімен елеулі байланысты.
Әдебиеттер: 1 нег. [13-31]; 2 нег. [5-18]; 3 нег. [3-21]; 2 қос. [4-18]; 4 қос. [16-24].
Бақылау сүрақтары:
1. Үзіктілікті шалаөткізгіш аспаптар?
2. Жартылай өткізгіштерді электроника саласында қолдану?
3. Планарлық технология дегеніміз не?
4.ИТ жасауда берілген жүйелілікпен қолданылатын ережелерді, нормалар мен талаптардың жинағы?
2 Дәрістін такырыбы: Биполярлы, өрістік және IGBT транзисторлардың параметрлері және статикалық сипаттамалары.Қосылу сұлбалары.
Биполярлы транзистор дегеніміз шалаөткізгіш монокристалдың ішінде кезектесіп (алмасып) тұратын өткізгіштігі үш аймақ болатын р - п - р - немесе п - р - п құрылым. (19-а, Суретті қара).
19 Сурет - Биполярлық транзистордың құрылысы а)
Ортасындағы аймақты "Б"база деп, ал шеткі аймақтарды "Э" эмиттер және "К" коллектор деп атайды. Эмиттер, коллектор және база аймақтары транзисторды электр тізбегіне қосуға мүмкіндік беретін шықпалармен жабдықталған (қамдалған).
Эмиттер мен база құратын өткелді эмиттерлік (ЭӨ) өткел деп, ал коллектор мен база құратын өткелді коллекторлық (КӨ) деп атайды. Транзистор өткелдерінің әрқайсысына тік немесе кері ығысу беріле алады. ЭӨ-ге тік ығысу түскенде эмиттер ішінен базаға оған негізгі болмайтын тасымалдаушылар (тасушылар) инжекцияланады, ал КӨ-ге кері кернеу түсіп тұрғанда база аймағы арқылы өтіп келіп тұрған тасушылардың экстракциясы жүреді. БТ- де эмиттердің ішіндегі қоспалардың үйірленуі (концентрациясы) базаның ішіндегісінен бірнеше рет (порядок) жоғары болады, яғни ЭӨ- біржақты. Коллектордың ішіндегі қоспалардың үйірленуі эмиттердегідей (балқытылумен әзірленген транзистор) немесе шамамен алғанда базадағыдай (планарлық транзистор) болуы мүмкін. Әдетте транзисторда КӨ-нің ауданы ЭӨ-нің ауданынан үлкен, сондықтан бұл жағдай база ішіне инжекцияланған тасушылардың көбін жинап алуға мүмкіндік береді. База аймағында заряд тасушылардың өту механизміне тәуелді дрейфтік және дрейфсіздік транзисторларды айырып танайды.
Дрейфсіздік транзисторларда базалық аймақ арқылы негізгі емес заряд тасушылардың тасымалдануы диффузиямен байланысты. Дрейфтік транзисторларда қоспаларды арнайы үлестіру жолымен база аймағында ішкі электр өрісі тудырылып, негізгі емес заряд тасушылардың база арқылы тасымалдануы әрі дрейф арқылы (көмегімен), әрі диффузия көмегімен іске асырылады. Қазіргі транзисторлардың көбі дрейфтік. Бірақ жұмыс істеу қағидаларын түсіндіруді оңайлату (жеңілдету) үшін біз дрейфсіздік транзисторларды қарастырамыз.
Биполярлық транзисторлар үшін 20, б - суретте келтірілген шартты белгілерін қолдану керек.
20 Сурет б)
Транзистордың n-р-n түрінің жұмыс істеу қағидасын қарастырайық. Транзистор келесі тәртіптерде (режімдерде) қолданылуы мүмкін:
а) n-р өткелдердің екеуі де кері бағытта ығысқан (тоқтату (отсечка) тәртібі);
ә) өткелдердің екеуі де тік бағытта ығысқан (қанығу тәртібі);
б) эмиттерлік өткел тік бағытта, ал коллекторлық кері бағытта ығысқан (активті тәртіп - белсенді тәртіп);
Белсенді тәртіпте жұмыс істегенде (21- сурет) ЭӨ-нің потенциалдық тосқауылы.
21 Сурет - Биполярлық транзистордың жұмыс істеу қағидасы
мәніне дейін төмендейді, ал кедейленген қабаттың ені кемиді; КӨ-нің потенциалдық тосқауылы шамасына өседі, ал кедейленген қабаттың ені артады. Эмиттерлік өткел арқылы база ішіне электрондардың инжекциясы іске асады. Инжекцияның деңгейі инжекцияланған электрондардың үйірленуінің олардың (е - дың) база ішіндегі тепе-теңдік үйірленуіне қатынасымен анықталады.
Базаның Wб - деген ені транзисторларда Wб Ln болатындай етіп таңдап алынады. Мұндағы Ln дегеніміз диффузиялық ұзындық
. (5)
мұндағы Dn - диффузия еселеуіші (коэффициенті);
- өмір сүру уақыты.
Сондықтан эмиттермен инжекцияланған е-дардың басым көпшілігі базаның кемтіктерімен рекомбинациялануға (жойылуға) үлгермей коллекторға жетеді. Қазіргі кремнийден жасалған транзисторлардың базасының ені Wб -- 1мкм, ал электронның кремнийдің ішіндегі диффузиялық ұзындығы 5-10 мкм. КӨ-ні маңында электрондар, оның үдеткіш өрісіне түседі де, коллектордың ішіне тартылады. Дрейфсіздік транзисторларда база электрі бейтарап болуы тиісті. Электрондар мен кемтіктердің жарым-жартылай рекомбинациялану себебінен базаның бейтараптылығы бұзылады. Оны қайта орнату үшін, яғни кемтіктердің оң таңбалы зарядын толықтыру үшін, орныққан жұмыс тәртібінде Uэб кернеу көзінен база ішіне кемтіктердің керекті саны енгізіледі. Бұл соңғы кемтіктер базаның рекомбинациялық тоғын береді. Физикалық тұрғыдан бұл артық е-дардың Uэб көзіне қайта ағуына сәйкесті. Сонымен қатар, база тізбегі бойынша І кбо - тоғы (КӨ-нің кері тоғы) ағады.
КӨ арқылы ағатын Ік тоғы ЭӨ-нің тоғына тәуелді.
База тоғы:
Іб=Іэ - Ік 6)
Эмиттер тоғының беріліс еселеуіші (коэффициенті)
Эмиттер тоғы қатаң айтқанның өзінде де, ЭӨ бір жақты болғанның өзінде тек е-дардың қозғалысымен ғана анықталмай, кемтіктердің де қозғалысымен анықталады; ал коллектор тоғы (Іэ-ге тәуелді болатын) тек е - мен ғана анықталады. Сондықтан эмиттердің тиімділігі (эффективтілігі) деген түсінікті енгізуге болады
(7)
Мұнда Іэп және Іэр - эмиттер тоғының құраушысы ретінде кіретін электрондардың және кемтіктік бөліктері
Іэ=Іэп+Іэр. (8)
База арқылы тасушыларды тасымалдау еселеуі дегеніміз келесі қатынас болып табылады:
(9)
Эмиттердің тоғын беру статикалық еселеуіші деп - көбейтіні айтады.
Өндірістің шығаратын транзисторлары үшін бұл - деген еселеуіш 0,9-0,999 шамасына жетеді.
Қатаң математикалық қатынастарға сүйенбей-ақ Ік мен Uкб - ні, Іэ мен Uэб-ні [кейде Ік=f(Uкб) және Іэ=f(Uэб)] байланыстыратын ВАС-тың жүрісін түсіндірейік.
Ік=f(Uкб)- коллекторлық ВАС деп, ал, Іэ=f(Uэб)- эмиттерлік ВАС деп аталады.
22 Сурет - коллекторлық және вольт - амперлік сипаттамасы
Эмиттерлік тоқ нөлге тең болғанда (Іэ=0), коллекторлық тізбек бойымен КӨ-нің кері тоғы Ікб бұл тоқ негізгі емес тасушылардың қозғалысынан туады. Бұл тоқ диодтағы кері ығысу бергендегі кері тоқтың Uкб- ға тәуелділігі сияқты заңдылықты береді. Іэ=0, яғни нөлге тең болмағанда база ішіне электрондардың ағыны инжекцияланады да, олардың (электрондың) көбі коллекторға жетеді. Эмиттер тоғымен қамтамасcыздандырылатын коллекторлық ток, Іэ-ге тең болады екен. Коллектор кернеуінің нөл мәнінен кері кернеудің жеткілікті үлкен мәндеріне дейін өзгеруі коллектор тоғына тек сәл дәрежеде әсер етеді, себебі КӨ оған жеткен е-ның бәрін Uкб кернеуінің шамасына тәуелсіз жинап алады. Uкб-нің өсуімен Ік- ның сәл өсуінің бақылануы КӨ-нің Uкб-нің өсуімен, енінің кеңейуімен, ал база енінің кішірейуімен және еселеуішінің сәл үлкеюімен түсіндіріледі.
Сонымен, коллектордың толық тоғы
(10)
ал база тоғы (11)
Uкб-нің шамасы үлкен болғанда, коллектордың тоғы КӨ-нің көшкіндік тесіп өтілу себебінен күрт өседі. КӨ-ге тік ығысу бергенде 2.3 Суреттегі ВАС - тан көріп отырғанымыздай Ік нөлге дейін кемиді де, ал одан кейін өзінің бағытын өзгертеді. Бұл жағдай КӨ-ге тік ығысу түсірілгенде оның электр өрісі база ішінен коллекторға қозғалып келе жатқан е- дар үшін тежеуші болатындығынан және КӨ-де тік тоқтың (Іэ-нің әсерінен пайда болатын) пайда болуымен түсіндіріледі. 4.3, а Суреттегі сипаттамалар ВАС-тар үшін ширекте (квадратта) салынған, себебі коллекторлық кернеу кері болып тұр, ал коллекторлық тоқ негізгі емес заряд тасушыларымен іске асырылады.
Uкб =0 кезіндегі (жағдайындағы) эмиттерлік. ВАС диодтың ВАС-ына жақын; Uкб0 болғанда сипаттама жоғары ығысады, себебі КӨ кеңейеді де, базаның ені кеңейеді. Бұл жағдайда Uкб =0 болғандағы сипаттаманың Uкб* кернеуінің мәніне сәйкесті жерін қарастырсақ, базадағы е- лердің үйірленуінің драдиенті өседі. Ал, бұл өз кезегінде эмиттер тоғының өсуімен қабаттас болады.
Әдетте коллекторлық эмиттермен салыстырғанда кемірек қосынлатындықтан және КӨ-нің ауданы ЭӨ-нің ауданынан үлкен болатындықтан, транзистор беттескелі (симметриялы) прибор емес. Бірақ тәсілге қосқанда эмиттер мен коллекторды орындарымен ауыстырып қосуға болады. Транзистордың тәсілге мұндай жалғануы инвестрлік, яғни терістелген деп аталады. Эмиттер тоғының беріліс еселеуіші (терістеп қосқанда коллектор эмиттер болды), тік жалғағандағы еселеуішінен кем болады. Бұл Ік-ның е-дық құрамының кемуімен және ауданы кем болатын коллектордың е-дарды жинауының нашарлануымен байланысты.
Дәріптелген (идеализированный) транзистор және оның ВАС-ы. (Эберс-Моллдың математикалық нобайы)
Есептеулер үшін оның ішінде өз тәсілдендірілген есептеулер үшін де нақты транзисторды, оның дәріптелген балама тәсілімен ауыстырып, орнына алуға болады.
23 Сурет - Эберс - Моллдың математикалық нобайы
Бұл тәсімді транзистор ЭӨ мен ЭК-ларды еліктетілетін (имитациялайтын) екі шалаөткізгіш ретінде және оларға қатарлас қосылған І2 менІ1 тоқ көздерімен беріліп отыр. Бұл тоқкөздері нақты транзисторлардағы өткелдердің өзара әрекеттесуін (байланысын) ескеруге мүмкіндік береді. Бұл балама (парапарлық) тәсімде базаның кедергісін елемеуге және ЭӨ мен КӨ өткелдерінде кернеу өзгергенде база арқылы заряд тасушылардың өту шарттары өзгермейді деп алуға келісілген. Мұндай жеңілдіктер Іэ, Ік және Іб транзистор тоқтарының эмиттерлік Uэб мен коллекторлық Uкб кернеулерімен байланысын беретін өрнектерді оңай табуға мүмкіндік береді. Еске салайық, егер ЭӨ тік бағытта ығысқан болса және ол арқылы І1- ток өтіп жатса, онда база ішіндегі заряд тасушылардың белгілі бір бөлігінің жойылу (рекомбинациялану) себебінен КӨ-нің ішіндегі ток кеміген болады. Бұл жағдай балама тәсімде І1- ток генераторымен ескерілген. Осыған ұқсас терістеп (инверсті) қосқан жағдайда эмиттер ролін атқаратын өткелден берілуі де генераторымен ескерілген.
Тікелей 5.5 суреттен табатынымыз келесі:
(12)
Өткелдің ВАС-ын келесі түрде табылатынын, екенін ескеріп, әрбір п-р- өткел үшін былай жаза аламыз:
(13)
(14)
Транзистордың немқұрайлы (формалды) орнын баса тұру тәсілдері.
24 Сурет - Биполярлық транзистордың қосылу схемалары
Ортақ базамен қосылған күшейткіш
Транзистордың ОБ-схемасы бойынша қосылуы 3.12 - суретте көрсетілген.
25 Сурет - ОБ-схемасы бойынша қосылған күшейткіш
Кіріс сигнал (V in ) эмиттерге келіп түседі, ал шығыс сигнал (V out ) коллектордан алынады. Бұл схеманың кіріс кедергісі өте кішкентай (~ 15 Ом ), ал шығыс кедергісі жеткілікті үлкен ( әдетте 1 МОм-нан асып түседі). Бұл схема біршама тұрақталған тоқ көзін еске салады. Жоғарыда аталып кеткен барлық ерекшеліктер себебімен ОБ - күшейткішінің қолдану салалары шектелген, бірақ бұл схема кернеу бойынша күшейтуді қамтамасыз етеді, сондықтан кейде кедергілері төмен болатын көздерден (микрофондар, бергіштер және антенналар) алынған сигналдарды күшейту үшін пайдаланылады. Ортақ базамен қосылған күшейткіштің негізгі схемасы 25 - суретте көрсетілген. Тұрақты ток режімінде жұмыс істеудің шарттары Rв1, Rв2 резисторларымен орындалады. Базаны айнымалы ток сигналдарына қатысты айыруды С1 конденсаторы іске асырады.
ОБ-схеманы күшейту мақсатымен пайдаланғанда тұрақтандыру проблемалары айтарлықтай қатаң емес, себебі бастапқы ток Iсво әдетте небәрі бірнеше микроампер.
Қарастырылып отырған схема үшін кіріс сигнал кедергісі төмен көзінен келіп түсуі тиіс. Міне, осындай көз ретінде жиі трансформатордың екінші реттік орамасы болады. Ал егер де сыйымдылықтық байланыс пайдаланылатын болса, кедергіні кеміту үшін сыйымдылығы өте жоғары болатын конденсаторды қолдану керек.
ОБ-схемасы кіріс пен шығыс арасындағы сигнал фазасына өзгерістер енгізбейді, себебі оң таңбалы кіріс сигналы келіп түскенде коллекторлық ток кемиді, ал коллектордағы кернеу өседі.
Келесі беттегі 3.1 - кесте жоғарыда сипатталған күшейткіштер схемаларының параметрлерінің айырмашылықтары келтірілген.
Түрлі күшейткіш транзисторлық схемалар параметрлерінің салыстырылуы
3.1 - кесте
Параметр
ОЭ - схема
ОК - схема
ОБ - схема
Кернеу бойынша күшейту коэффициенті
Жоғары
Төмен
(1 немесе 1)
Жоғары
( 100)
Ток бойынша күшейту коэффициенті
Жоғары
(β)
Жоғары
(β + 1)
Төмен
( 1)
Кіріс кедергісі,
Z in [Ом]
Орташа
(~ 1)
Жоғары
( 100 )
Төмен
Шығыс кедергісі,
Z out [Ом ]
Орташа немесе жоғары
Төмен
( 100)
Жоғары
( 500)
Фазаның терістелуі
Бар
Жоқ
Жоқ
БПТ - нің қиылу режіміндегі динамикалық параметрлер
(қарастырып отырған модельде) екі сызықты емес тосқауылдық сыйымдылықтармен анықталады ( 3.7-Суретті қара). Бұл сыйымдылықтар сәйкесті р-n-өткелдердегі кернеу өсімшелерінің пайда болу себебінен жабу қабатының аймағында жиналған қозғалмайтын зарядтардың өсімшесін модельдейді:
; ; (16)
Мұнда және - эмиттерлік пен коллекторлық өткелдердің болған жағдайдағы сыйымдылықтардың шамасы, ал және -К-Б ( коллектор база ) және Э-Б ( эмиттер - база ) өткелдердің ТПА-сы
( түйіндік потенциалдар айырымы ); жақша сыртындағы "n" - көрсеткіштің мәні диффузиялық БПТ- лер үшін n=13 деп алынады.
Келешекте эмиттерлік және коллекторлық өткелдер сыйымдылықтарының шамасын паспорттық деректер ретінде ( әрине бегілі бір қателікпен ) пайдаланатын боламыз
БПТ-нің белсенді режімдегі жиіліктік қасиеттері негізінен база ішіндегі қозғалмалы заряд тасушылардың таралу процесінің инерциялығымен және коллекторлық ауысудағы ( өткелдегі ) тосқауылдық сыйымдылықтың ( ) ықпалымен анықталады. Инженерлік есептеулерде ток бойынша беріліс коэффицентінің ( ) жиіліктік сипаттамасы төменгі жиіліктік ( ТЖ ) сүзгінің ( I-ші реттік ) сипаттамасымен беріле алады.
(17)
Мұндағы - қиықтың дөңгелектік жиілігі. Бұл - жиілікте беріліс коэффицентінің абсолют мәні β - кемиді ( -есеге ). Уақыттық аймақта бұл тәуелділік келесі түрде болады
(18)
Мұндағы - тоқ бойынша беріліс коэффициентінің уақыт тұрақтысы.
БПТ-нің динамикалық параметрлерін қарастырғанда күшейтудің шекаралық жиілігі ( басқаша айтқанда бірлік күшейту жиілігі ) деген түсінік енгізіледі. Бұл жиілікте күшейту коэффициентінің модулі 1-ге дейін кемиді. Тәжірибе жүзінде есептегенде келесі қатынасты пайдаланады:
(19)
(тағы интегралдық схемалардағы БПТ-лармен жұмыс істейміз) заряд тасушылардың тасымалдау процестерінің инерциялығымен;
өткелдердің нақты электр сыиымдылықтарының ( өткелдер тура және кері ығысқанда пайда болатын ) бар болуымен және ішкі кедергілер мәндерінің ақырғы болуымен;
зарядтардың жиналу және таралу эффектілерімен ( кілттік схемаларды талдағанда әсіресе маңызды ).
Инерциялық себептердің талдануын жеңілдету үшін әдетте, транзистор ішіндегі инерциялық процестер көздерінің үлкенірек бөлігін эквивалентті сыиымдылықтарға ( жалпы жағдайда кернеу мен жиілікке тәуелді болатын ) келтіреді де, түрлі режімдерде жұмыс істей алатын транзистордың эквивалентті схемасын құруға мүмкіндік болады.
26 Сурет - БПТ-нің айнымалы токтағы эквиваленттік схема
а) белсенді режім
б) қиылу режімі
(20)
С*к және С*Э - кері ығысқан p-n - өткелдердің сыйымдылықтары.
белсенді режімдегі жұмысшы нүктенің орны бұзылуы мүмкін;
база тізбектеріндегі резисторлар шамалары (мәндері) үлкен схемаларда температураны жоғарылатқанда БПТ-нің қиылу режімінен шығуының бұзылуы мүмкін;
температура өзгергенді қию кернеуінде және қаныққан БПТ-нің коллекторындағы қалдық кернеудің шамасы да өзгереді. Бірақ бұл өзгерулер айтарлықтай емес, сондықтан тәжірибе жүзінде ескермеуге де болады.
Төменгі жиіліктер үшін эмиттері ортақ ТЖК - ның (төменгі жиіліктер күшейткіші) балама схемасы
Транзисторалр негізінде күшейту каскадтарының толып жатқан варианттарының ішінде ОЭ - схемасы бойынша БПТ-ні қосу кеңінен қолданылып жүр.
Бұл схема алғашқы талдауға ыңғайлы. Бөліп тұратын элементтер түрінде схемада С1 және С2 конденсаторлар пайдаланған, яғни Ег - кіріс сигналының көзі және Rж - жүктеме кедергісі сыйымдылықтық байланыс арқылы сәйкесті түрде каскадтың кірісі мен шығысында қосылған. ОЭ - күшейткіш каскадының негізгі болып келесі екі элементтер алынады: Rк- резистор және n-p-n транзистор.
27 Сурет. Кіріс сигналы
Кіріс сигналы жоғында күшейткіш каскад тыныштық режімінде жұмыс істейді, кейде бұл режімді бастапқы, ал айнымалы сигнал күшейткіштерінде - тұрақты ток режімі деп те атайды. Базаның тыныштық тоғы Rб резисторының көмегімен келесі түрде беріледі:
. Бұл өрнектен коллектордың тыныштық тоғын беруге болады:. Сызықты күшейткіштердің көбі үшін тынышытық режімінде коллектордағы кернеуді келесіге тең болатындай таңдап алады:
.
Келесі ескертуді келтірсек. Тыныштық режімде Si - транзисторлар үшін кернеу .
Қарастырылып отырған каскадқа айнымалы кіріс сигналының оң таңбалы жартылай толқынын түсіргенде база тоғы да өседі. Бұның нәтижесінде Rк кедергідегі кернеудің кұлауы да өседі, ал транзистор коллекторындағы кернеу кемиді, яғни шығыс кернеудің теріс таңбалы жартылай толкынының қалыптасуы орындалады. Сонымен, ОЭ каскад кіріс сигналды терістейді, яғни Uкір. мен Uшығ. Арасында фаза ығысуын 1800 орындайды.Айнымалы ток боыйнша күшейткіш каскадтың параметрлерін есептеу үшін оның шағын сигналды балама схемасын пайдаланған ыңғайлы (28 - сурет).
28 - Сурет. ОЭ каскадының моделі
Бұл схема орташа жиіліктер аймағы үшін ОЭ каскадының моделі, егер бөліп тұрушы сыйымдылықтардың кедергісі шамалы яғни кішкентай, ал коллекторлық өткелдің сыйымдылығының кедергісі үлкен және β - коэффициентінің, яғни ток бойынша күшейтудің дифференциалдық коэффициенті (ОЭ схема үшін ) шамасы бойынша кемуі байкалмайды.
Бұл схеманың негізінде БПТ- нің Оэ - схемасының баламасы алынған да, оған күшейткіш каскадтың Rк және Rб пассив элементтерін және де кіріс сигналдың генераторын және Rжүк толықтырған.
Келесі жағдайды ескерейік! Генератор яғни ток генераторы келесі екі тізбектермен шунтталады: және . Бұл тізбектердің соңғысы жүктеменің жұмысшы тізбегі болып табылады.Коллектордың шығыс тоғына кедергінің ықпалын келесі балама параметрлерді пайдаланып ескеруге болады:
.
Онда .
Бұл жердегі және басқаларын тоқтардың амплитудалық мәндерін түсіну керек.
29 Сурет
30 Сурет
Транзисторлардың динамикалық параметрлері
Динамикалық параметрлер деп келесі параметрлерді түсінеміз. Бұл параметрлер схеманың басқа компоненттерінің (құрауыштарының) осындай параметрлерімен бірге сызықты схеманың АЖС-ының түрін анықтайтын немесе кілттік схемалардың өтпелі процестерін сипаттайтын болып табылады.
Белсенді режімде жұмыс істейтін схемалар үшін көбінесе ток бойынша бірлік коэффициентінің жиіліктік сипаттамасын қарастырады. (-ны немесе -ны). Бұл коэффициенттердің жиіліктік сипаттамасы келесі жағдайлармен анықталады:
транзисторлық құрастылымдағы базалық өзгеруі ток бойынша беріліс коэффициентінің өзгеруі. Міне осы, жоғарыда айтылған параметрлердің арасында температураға ең күшті тәуелді болатыны - кері токтар:
(21)
Мұнда t*- екі еселеу температурасы, яғни температура айырымының белгілі бір мәнінде кері жылулық тоқтар екі еселенеді (тәжірибе жүзінде жиі келесі мәнді қолданады: t*=10оС).
Әдетте kt - деп белгіленетін температуралық коэффициентті (жалпы алғанда кез келген температураға тәуелді А шаманың) былай түсінеді: - 1 оС-ға есептелген коэффициенттін түсінеміз.
UБЭ-нің температуралық коэффициентінің мөлшерлік мәні жуықтап алғанда деп бағалағанда (ескерту: температураның өсуі UБЭ-шамасының кемуіне әкеліп соғады).
Мүмкін болатын келесі бұзылуларға да көңіл аудару керек: Әдетте шамасы бойынша үлкен (оншақты, жүз шақты килоОм).
Шығыс кедергі:
(22)
БПТ-нің ОК схемасындағы өте кішкентай (өте аз шама).
Сонымен келесі жағдайды атап кетуге болады. БПТ-нің ОК-схемасы келесі параметрлерді алуға мүмкіндік береді:
Кернеу бойынша өте тұрақты күшейту коэффициентін (себебі -мәні өте үлкен болғанда беріліс коэффицентінің шамасы -ның мәніне өте аз теуелді болады);
Ток бойынша күшейту коэфицентін жоғарғы дәрежеде етіп алуға болады
БПТ-нің статикалық сипаттамаларына температураның әсер
БПТ-нің барлық сипаттамаларына температураның өзгеруі әртүрлі дәрежеде ықпал етеді, бірақ келесі БПТ-нің статикалық сипаттамаларына нақты анықтаушы ықпал жасайтындар келесілер кері тоқтардың өзгеруі, т- деп бейнеленген температуралық потенциалдық тәжірибе жүзінде БПТ-нің тоқтары үшін барлық қатынастар және оның өткелдеріндегі потенциялдар және оның өткелдеріндегі потенциялдар үшін барлық қатынастар ( ОЭ схемасына тән болатын ) ОК-схемасы үшін де қолданыла алады.
Тағы бір ескерілетін жағдай - ол ОК-схемасы үшін қанығу режімі болмайды, себебі коллектор потенциялы ешқандай да база потенциялынан төмен бола алмайды.
БПТ-нің ОК-схемасы үшін қанығу режіміндегі параметрлер ОЭ- схемасындағы қиылу режіміндегі параметрлеріне ұқсас.
ОЭ-схемасындағы кернеу бойынша күшейту
(23)
Бұл соңғы өрнектен көретініміз: β-шамасы үлкен болғанда - шамасы 1-ге өте жақын.
ОЭ-схемасындағы ток бойынша күшейту
(24)
P.S. Бұл соңғы өрнектен - шамасы өте үлкен
Кіріс кедергіні талдағанда - эмитерлік резистор ток бойынша тізбекті КБ ( кері байланыс ) рөлін атқарады да , ОЭ-схемадағы кіріс кедергі келісіге тең болады.
Өрістік транзисторлар. Тәжірибе жүзінде дәлелдеген транзистордың жұмыс істеу негізі
Өрістік транзисторлар (ӨТ) н егізіндегі кіші сигналдар күшейткіштері
Кіші сигналдар күшейткіштері деп отырғанымыз амплитудасы жұмысшы нүктелердегі токтар мен кернеулер шамасынан көп кіші (мысалы, құраушыларға түсірілетін тұрақты тоқ пен кернеулердің мәндерінен) шағын айнымалы сигналдарды күшейту үшін пайдаланылатын схемалар. Зиянды элементтердің себебінен сигналдардың таралу кідірістерін және фазалық өзгерістерін ескермеуге болатындай ету үшін кіші сигналдар күшейткіштері айтарлықтай төменгі жиіліктерде жұмыс істелуі.
Әдебиеттер: 1 нег. [33-48]; 2 нег. [19-41]; 3 нег. [22-31]; 2 қос. [19-38]; 4 қос. [25-31].
Бақылау сұрақтары:
Динамикалық параметрлер?
БПТ-нің барлық сипаттамаларына температураның өзгеруі?
Зиянды элементтердің?
Негізгі систематикалық принциптері?
3. Дәрістің тақырыбы: Тиристорлардың сипаттамаларын зерттеу
Тиристорлар - бұл көп қабатты екі тұрақты күйі бар, ауысып қосылатын p-n-p-n немесе n-p-n-p құрылымды аспап
Кейде "Si"-ден (кремнийден) жасалған басқарылатын диодты тиристор деп те атайды, ал "тиристор" аталымы (термині) сондай-ақ электрондық құраушылардың бірқатарын (үйірін) сипаттау үшін де пайдаланылады. Шын мәнінде, Si-ден жасалған басқарылатын диод - бұл үш шықпасы бар төрт қабатты аспап. Оның құрылымы3.1 а Суретте, ал схемаларда белгілеу үшін қолданылатын сәйкесті символ3.1 б Суретте көрсетілген.
а) б) в)
3.1 - Сурет. Кремнийден жасалған басқарылатын диод:
а - құрылымы;
б - символдық белгіленуі;
в - транзисторлық аналог.
Егер анод пен катод аралығына оң таңбалы кернеу түсірілсе, шамасы сәл ғана ток пайда болады, себебі орталық ауысу (центрлік өткел) кері ығысқан болып қалады. Кернеудің шамасын өсіргенде оның белгілі бір мәнге жеткенде тоқтың көшкіндік өсу процесі басталады. Бұл процесс тек қана сыртқы тізбектің кедергісімен шектеледі. Көшкіндік процесс басталғаннан кейін тоқтың шамасын "ұстау тоғы" деп аталатын сандық деңгей шамасына дейін төмендетуге болады.
Алайда (дегенмен), басқарушы электродқа оң таңбалы импульсті түсіріп, көшкіндік процесті инициализациялауға болады. Жоғарыда қарастырылған жағдайдағыдай, ток жүре бастағаннан кейін оны (токты) тек "ұстау тоғы" деңгейінен төменгі шамаға дейін кемітіп тоқтатуға болады. Тәжірибе жүзінде мұны анод пен катодты конденсатор көмегімен немесе осы сияқты жолмен лезде қысқа тұйықтап та істеуге болады.
Тиристорды іске қосу үшін керек болатын басқарушы электродтың тоғы жеткілікті аз (төмен). Мысалы, қуатты тиристор ішінде 50 А асып түсетін токтар жүре алады, ал бұл жағдайдағы басқарушы электрод тоғының шамасы 20 мА.
3.2 - Сурет.Тиристордың ВАС-сы
Көшкіндік эффект әрекетін 7.1 в суреттегі p-n-p n-p-n қос транзисторлар жұмысының бет алысымен қарастырып түсіндіруге болады. Оң таңбалы импульс басқарушы электродқа келіп түскеннен кейін TR1 және TR2 деп белгіленген транзисторлардың екеуі де бірден ашылады. Міне, осындай схема катодпен-басқарылатын тиристор деп аталады. Егер n-p-n-p - құрылымдар пайдаланылса анодпен басқарылатын тиристор болып шығады. Бұл тиристорды іске қосу үшін теріс таңбалы басқарушы импульс керек болып шығады. Тиристорлар токты тек бір бағытта ғана өткізе алады. Егер бір корпус ішінде анодпен басқарылатын және катодпен басқарылатын тиристорларды қосып жасасақ, екі бағытта да ток өткізетін екі бағытты тиристор деп аталатын, немесе триак деп аталатын аспапты аламыз. Міне осындай құрылым және оның символдық белгіленуі3.3 Суретте көрсетілген. Екібағытты тиристорлар айналымы ток схемаларын басқару үшін кеңінен қолданылады.
а) б)
3.3 - Сурет. Екі бағытты тиристор:
а - құралымы;
б - символдық белгіленуі;
Сонымен қатар, жоғарыда сипатталған көшкіндік эффекттің негізінде жұмыс істейтін екі шықпасы болатын төрт қабатты аспапты да жасауға болады. Бұл аспаптың аталуы - диак немесе екібағытты диодты тиристор. Осындай аспаптың МТ1 және МТ2 деп белгіленген шықпалардың арасындағы кедергісі көшкіндік процестің басталу кернеуінің шамасына жеткенше өте жоғары дәрежеде қала береді, яғни ток өткізбей оқшауланған болып тұрады. Көшкіндік процестің басталу кернеуіне жеткенде өткізгіштілігі артады (өседі) да, кернеу төменгі деңгейге дейін түседі, ал ток тек қана сыртқы кедергімен шектелінеді. Бұл жерде де бұрынғыдай аспаппен жүретін ток оның шамасы ұстау тоғының деңгейінен төмен түскеннен кейін ғана тоқтайды.
3.4 Сурет - Тиристорлар тобының шартты белгіленуі мен симмистордың ВАС-с
3.1 Кесте
Аспаптың атауы
Белгіленуі
Динистор
Жұқа базадан басқарылатын тиристор
Қалың базадан басқарылатын тиристор
Жұқа базадан басқарылатын жабылатын тиристор
3.1 кестенің жалғасы
Қалың базадан басқарылатын жабылатын тиристор
Диак
Триак
Ажыратып қосқыш шала өткізгіш аспаптарға тиристорлар, бір өткелді және құйындық транзисторлар жатады. Тиристорлар - екі тепе-теңдік күйі бар көп қабатты ажыратып қосқыш құрылымдар. Онда 4 немесе одан көп p-n қабаты және 3 немесе одан да көп p-n өткелі бар.
Олар мына түрлерге бөлінеді:
а) басқарылмайтын тиристорлар - екі электродты - динисторлар немесе диод-тиристорлар;
б) басқарылатын тиристорлар - ортаңғы электродтардың бірімен басқарылады - тринисторлар немесе триод-тиристорлар.
Барлық төрт электродынан шықпалары бар ортаңғы электродтардан басқарылатын - тетрод-тиристор.
Әдебиеттер: 1 нег. [49-62]; 2 нег. [42-61]; 3 нег. [34-56]; 2 қос. [39-51]; 4 қос. [32-58].
Бақылау сұрақтары:
симметриялы тиристорлар.
Тиристордың артықшылы - ғы?
екі тепе-теңдік күйі бар көп қабатты ажыратып қосқыш құрылымдар?
басқарылмайтын тиристорлар.
4 Дәрістін такырыбы: Электронды тізбектер(2сағ)
Электрондық күшейткіштер деп электрлік сигналдарды , олардың формасын өзгертпей, қоректену көзінің энергиясынын көмегімен қуатын ұлғайтып, күшейтетін құрылғыны айтамыз. Күшейткішті қосудың құрылсы 1 суретте көрсетілген.
4
2
1
3
С
Сурет 1. Күшейткішті қосудың құрылымдық сұлбасы.
1-кіріс сигналдың қорек көзі, 2-күшейткіш, 3 - жүктеме, 4 - қорек көзі. Күшейткіштің сұлбасы шығыс каскадтан және алдын ала каскадтан тұрады. Алдын ала каскадтардың қызметті-қорек көзінен алынған, күшейткіш сигналдарды деңгейіне дейін, шығыс каскадтың кірісіне беру керек, өйткені оның жұмысы жақсы істеу керек. Барлық күшейткіштер екі классқа бөлінеді- сызықты және сызықты емес жұмыс режимге. Сызықты жұмыс режимі бар күшейткіштерге шығыс сигналдар алу үшін талаптар қойылады, формасы бойынша кіріске жақын. Сызықты жұмыс режимі бар күшейткіштің керекті көрсеткіші амплитудалы-жиіліктік сипаттамасы болып табылады(АЖС), Ки күшейткіш коэффициент модулінің тәуелділігің шағылыстырады, жиіліктен синусоидалы кіріс сигналы үшін анықталған. Сызықты жұмыс режимі бар АЖС түріне байланысты күшейткіштерді бөлеміз: жаймен өзгеретің сигналдарға (тұрақты ток күшейткіштері-ТТК), дыбыстық жиілік күшейткіштері (ДЖК), жоғарғы жиілік күшейткіштері(ЖЖК), кең жолақты күшейткіштер (КЖК) және тар жолақты күшейткіштер (ТЖК). Сызықты емес жұмыс режимі бар күшейткіштерде кіріс мәндегі лездік мәнді беру пропорционалдығы жоқ. Мұндай күшейткіштер кіріс сигналдарды түрлендіру үшін қолданылады, мысалы синусоидалыны импульстік сигналға (шектеуші-күшейткіш). Күшейткіштер биполярлы және өрістік немесе интегралдық шағынсхемаларда орындалады.
Күшейткіштердің негізгі сипаттамасы.
Күшейткіш коэффициентті кернеу бойынша күшейту Ки =Uшығ Uкір, ток бойынша күшейту коэфффициенті КI = Iшығ Iкір, қуат бойынша күшейту коэфффициенті КР = Ршығ Ркір . Каскадтық қосылыста К = К1 · К · К ·...Кn, онда n- каскадтар саны. Күшейту коэффициенттің децибелда көрсетсек (ДБ), олар мына қатнастарымен анықталады Кu = 20lg (Uшығ Uкір), КI = 20lg (Iшығ Iкір), Кр = 20lg(Ршығ Ркір)
Шығыс қуатты. Бұл қуат күшейткіштің шығысында берілгенжұмыс режимінде берілген . Ршығ = Uшығ[2] Uкір = Um шығ2 2Rн.
Кіріс және шығыс кедергілері. Күшейткіштің кіріс кедергісі - бұл күшейткіштер күшейткіштің кіріс қосқыштар аралығында орналасқан. Rкір = Uкір Iкір. Шығыс кедергі Rшығ жүктеме кедергісін өшіргенде күшейткіштің шығыс қосқыштар арасында кедергіні анықтаймыз.
Пайдалы әсер коэффициентті. Бұл коэффициент тең болады күшейткіштің шығысындағы қуаттың қуатқа қатынасы, Е кернеуі энергия қорек көзімен берілетің : η = Ршығ Р0.
Номиналды кіріс кернеуі. Номиналды кіріс кернеу деп, күшейткіш кірісіне алып келетің , сонда шығыстан берілген кернеу алатын кернеуді атаймыз.
Күшейтетің жиілік диапазоны. Күшейкіштің жиілік диапазоны немесе күшейткіштің өткізу жолағы деп, техникалық жағдайда болатын, күшейткіштік коэффициентті көп өзгермейтің жиілік ауданын айтамыз.
Күшейткіштердегі бұрмаланулар. Келесі бұрмалану түрлерің айырамыз: Сызықты емес бұрмалану тербелістің қисық күшейткіштік формасының өзгеруіне алып келеді, тізбектердің сызықты емес қасиеттімен алынған. Күшейткіштің сызықты емес бұрмалану дәрежесі сызықты емес бұрмалану коэффициенттімен немесе гармоника коэффициенттімен бағаланады.: Кг = √(Р2 +Р3+...+Рп) √ Р1, мұнда Р2 +Р3+...+Рп - электрлік қуаттрадың суммасы , Р1- бірінші гармониканың электрлік қуатты , Кг = √(I²2 + I²3+...+ I²п) I1 = √(U²2 + U²3+...+ U²п) U1, мұнда I1, I2, Iп және т.б. - шығыстағы тогтың гармоникасы және т.б. бірінші , екінші, үшінші амплитудалық мәндері; U1, U2, U3 және т.б. - шығыс кернеудің гармоникасы және т.б. бірінші , екінші, үшінші амплитудалық мәндері. Күшейткіштің шығысында пайда болатын , сызықты емес бұрмаланудың жалпы шамасы: Кг= Кг1 + Кг2 + Кг3 +· · · + Кгп, мұнда Кг1, Кг2, Кг3, Кгп - күшейткіштің әрбір каскадымен енгізілген, сызықты емес бұрмалану.
Сызықтық бұрмалауларда жиіліктік және фазалық бұрмалаулар деп бөлінеді.Шығыс кернеудің, спектрдің жеке гармоникалық құрастырушыларының салыстырмалы шамаларының өзгеруінен туатын, түрінің өзгеруін жиіліктік бұрмалану деп атайды. Бұл бұрмалауды жиіліктік бұрмалау коэффмциенттімен бағалайды, яғни ,мұндағы Êî - орта жиіліктегі күшейту коэффициентті, К- берілген жиіліктегі күшейту коэффициентті.
Фазалық бұрмалау деп жеке гармоникалық құрастырушылардың уақыт бойынша әртүрлі жылжуының нәтижесінде туатын шығыс кернеудің түрінің өзгеруін айтамыз. Күшейткіштің беретін фазалық бұрмалауын оның фазалық сипаттамасы арқылы бағалайды.
Фазалы-жиіліктік сипаттама деп күшейткіштің шығыс және кіріс кернеулерінің арасындағы жылжу фазасындағы бұрышы мен жиіліктің арасындағы тәуелділік графигін айтады.
Амплитудалық сипаттама деп күшейткіштің шығысындағы кернеудің бірінші гармоникалық амплитудасы кірістегі синусоидалы кернеудің амплитудасына тәуелділігі. Өтпелі сипаттама кіріске сатылы сигнал берілген кезде, шығыс кернеудің уақыттқа Uшығ (t) тәуелді.
Күшейткіштегі кері байланыс.Кері байланыстардың түрлері. Күшейткіштердегі кері байланыс деп күшейткіштің шығыс тізбектерінен сигналдың бір бөлігін кіріс тізбектеріне беруді қамтамасыз ететін электрлік тізбектердің арасындағы байланысты айтады. (Сурет 2.). Күшейткіштің 1- шығыс сигналының бір бөлігі (Uшығ. кернеуінің немесе Iшығ.- тогының бөлігі түрінде) кері байланыс тізбегі 2 арқылы кері байланыс сигналы (Iкб не Uкб) түрінде кіріс нүктеге барып қосылады. Бұл сиганлдың кіріс сигналмен қосылуы немесе одан алынуы мүмкін
β
+
К
Uкір
Uкб = β Uшығ
Сурет 2. Күшейткіштегі кері байланыс
Егерде кірмелік сигналдың кернеуі Uкір мен кері байланыс сигналының кернеуі Uкб фаза бойынша сәйкес болып , бірімен-бірі қосылса, онда мұндай кері байланысты оң кері байланыс деп атайды. Бұл жағдайда күшейткіштің кірісінде күшейген U1 сиганл әсер етеді. Егерде кері байланысты қосқанда кіріс сиганлдың кернеуі Uкір мен кері байланыс сиганлының кернеуі Uкб фаза бойынша қарама-қарсы болып, олар бірінен - бірі шегерілсе , онда мұндай кері байланыс теріс кері байланыс деп аталады. Кері байланыстарды шығыс тізбектерге қосу түріне қарай кернеу бойынша және ток бойынша болатын екрі байланыстарға бөледі. Керену бойынша кері байланыста Uêá= βUшығ , мұндағы Uкб - кері байланыс кернеуі, β - кері байланысты беру коэффициентті, Uшығ - шығыс кернеу. Бұл жағдайда кері байланыс тізбегі жүктемеге параллель қосылады. Ток бойынша кері байланыста Uкб=RкбIшығ , мұнда Rкб - кері байланыс кедергісі, Iшығ - шығыс ток, яғни кері байланыс тізбегі күшейткіштің шығысына, жүктемеге тізбектеліп қосылады. Егерде схемада кері байланыс аталған екі әдістің қосылып түрленуінен жасалса , онда шығыс бойынша аралас кері байланыс деп аталады.Кері байлныстың түрлері:
- кернеу бойынша;
- ток бойынша;
- комбинацияланған.
Кері байланстын қосылу схемасы болу мүмкін:
- тізбекті ;
- параллелді;
- тізбекті- параллелді.
Операциялық күшейткіштер (ОК).
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:
1 -
2 +
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 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz