ӨРІСТІК ТРАНЗИСТОРЛАР

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:

БИПОЛЯРЛЫ ТРАНЗИСТОРЛАР. ӨРІСТІК ТРАНЗИСТОРЛАР

19.1. Биполярлы транзисторлар

Екі р-n өтпеден тұратын, яғни р-n-р немесе n-р-n құрылымды үш шығысы
бар жартылай өткізгішті нәрсені транзистор деп атайды. Транзисторлар
электрониканың ең көп тараған элементі. Олар кернеу, ток немесе қуат
күшейткіштерінде, логикалық т.б. құрылғыларда қолданылады.

19.1-сурет. Транзистордың схемалық құрылысы және графикалық шартты
белгілері: а) p-n-p; б) n-p-n.

Транзисторларды электронды немесе кемтікті электр өткізгіштікті
германий мен силицийден жасайды. Электр өткізгіштігі электронды және
кемтікті заряд тасымалдаушылармен түзілетіндіктен мұндай транзисторларды
биполярлы деп атаған. Әдетте, транзисторларды жұмыс жасай алатын жиіліктер
аралығына және қуатына қарай әртүрлі топтарға бөледі: төменгі немесе
жоғарғы жиілікті, әлсіз немесе қуатты т.с.с. деп.
Транзисторда екі р-n өтпенің біріне кернеу тура бағытта, ал екіншісіне
кері бағытта беріледі (19.1-сурет). Ортаңғы қабат (ортаңғы жартылай
өткізгіш) база деп аталады. Өткізгіштігі берілген кернеудің полярлығымен
сәйкес келетін (р-түрлі жартылай өткізгіш кернеу көзінің плюсімен, ал n-
түрлі жартылай өткізгіш минусымен қосылған) сыртқы қабат эмиттер деп, ал
өткізгіштігі кернеу көзінің полярлығына сәйкес келмейтін (р-қабат минуспен,
n-қабат плюспен қосылған) сыртқы қабат коллектор деп аталады. Осы себепті
эмиттер-база өтпесі әр уақытта да ашық, яғни кедергісі өте аз, ал коллектор-
база өтпесінің кернеуі үлкен болады.
Транзистордың екі өтпесіне екі түрлі кернеу берілетіндіктен және ол
көбіне әлсіз сигналдарды күшейту үшін қолданылатындықтан оның кіріс және
шығыс қысқыштары болуы керек. Транзистордың үш шықпасының бірі әдетте кіріс
және шығыс тізбектері үшін ортақ болады.

19.2-сурет. p-n-p құрылымды транзистордың жалғану схемалары: а) базасы
ортақ; б) эмиттері ортақ; в) коллекторы ортақ.

Осы себепті транзистордың үш түрлі жалғану схемасы болады (19.2-
сурет): базасы ортақ, эмиттері ортақ және колекторы ортақ.
Транзистордың жалғану схемасының түрі оның атқаратын қызметіне және
параметрлеріне байланысты анықталады. Транзистордың кіріс және шығыс
кедергілері, кернеуді, токты және қуатты күшейту коэффициенттері оның
негізгі параметрлері болып есептеледі. Транзистордың әртүрлі схемадағы
салыстырмалы параметрлері 19.1-кестеде келтірілген.

19.1-кесте
Әр түрлі жалғанған транзистордың параметрлері

Параметрі Транзистордың жалғану схемасы
Базасы ортақЭмиттері Коллекторы
ортақ ортақ
Кіріс 50-100 200-2000 104-5·105
кедергісі,
Ом
Шығыс 105-5·105 3·104-7·104 50-100
кедергісі,
Ом
Кернеуді 30-400 30-1000 ≈1
күшейту
коэффициенті
Токты ≈1 10-200 10-200
күшейту
коэффициенті
Қуатты 30-400 3000-3·104 10-200
күшейту
коэффициенті

Кестеден көрініп тұрғандай, эмиттері ортақ жалғанған транзистордың
параметрлері басқа жалғану схемаларындағы параметрлеріне қарағанда
жақсырақ. Сондықтан транзистордың эмиттері ортақ жалғану схемасы көбірек
қолданылады. Енді транзистордың осы схемадағы әрекет ету принципін
қарастыралық.

“-“ - электрондар; “+”-кемтіктер

19.3-сурет. n-р-n құрылымды транзистордағы кернеулер мен токтар

n-р-n құрылымды транзистордың эмиттер-база өтпесіне тура кернеу
бергенде (19.3-сурет), Uбэ кернеу көзі тудырған электр өрісінің әсерінен
электрондар эмиттерден базаға қарай, ал кемтіктер базадан эмиттерге қарай
қозғалысқа келеді. База акцепторлық қоспасы аз жартылай өткізгіштен
жасалатындықтан, электрондардың аз ғана бөлігі кемтіктермен рекомбинацияға
түсіп базаның тогын (Іб) құрайды. Қалған негізгі бөлігі, электрондарлың
диффузиялық еркін жүгіріп өту аралығының ұзындығы базаның енінен артық
болатындықтан, коллектор-база өтпесіне жетеді. Бұл жерде олар Uкэ кернеуі
тудыратын элетр өрісінің әсерінен одан әрі қозғалып коллектордың тогын (Ік)
түзеді. Егер эмиттер-база өтпесіне берілетін кернеуді көбейтсе, онда
өтпенің кедергісі азаяды да коллекторға жететін электрондардың саны
көбейеді, яғни коллектордың тогы артады. Ендеше эмиттер-база өтпесінің
кернеуін өзгерте отырып (коллекторға қарағанда базаның потенциалын өзгерте
отырып), коллектордың тогын азайтуға не көбейтуге болады, яғни коллектордың
тогын реттеп отыруға болады.
Схемадан көрініп тұрғандай, эмиттердің тогы база мен коллектордың
токтарының қосындысына тең:
Іэ= Іб + Ік
(19.1)
мұндағы Іэ, Іб, Ік – сәйкесті эмиттердің, базаның, коллектордың токтары.
Базаның тогы өте аз болғандықтан (эмиттер тогының 3-8%-дей ғана):
Іэ≈ Ік.
Егер транзисторды төртұшты деп қарастырса, онда оның электрлік күйін
кіріс және шығыс токтары мен кернеулері арқылы, яғни базаның тогы Іб мен
кернеуі Uб және коллектордың тогы Ік мен кернеуі Uк арқылы сипаттауға
болады. Осы төрт шаманың екеуін тәуелсіз деп есептесе, қалған екеуін жаңағы
екі тәуелсіз шама арқылы өрнектеуге болады. Базаның тогының өсімшесі (Іб
мен коллектордың кернеуінің өсімшесін (Uк тәуелсіз шамалар деп алалық.
Онда төртұштының теңдеулері бойынша базаның кернеуінің өсімшесі (Uб мен
коллектордың тогының өсімшесі (Ік үшін мына теңдіктерді жазуға болады:
(Uб=h11(Iб+h12(Uk , (19.2)
(Ik=h12(Iб+h22(Uk . (19.3)
Бұл теңдіктердегі һ11, һ12, һ21, һ22 коэффициенттері транзистордың
параметрлері деп аталады.
Егер коллектордың кернеуінің өсімшесін нольге тең деп алса ((Uк =0),
яғни коллектордың кернеуі тұрақты болса ((Uк = const), онда (19.2)
теңдігінен һ11 параметрінің транзистордың кіріс кедергісі (кірер ұштары
арқылы өлшенген) екені анықталады:
(19.4)
ал базаның тогының өсімшесін нольге тең деп алса ((Іб=0), яғни базаның тогы
тұрақты болса (Іб = const), онда һ12 параметрі:
(19.5)
h12 транзистордың кіріс кернеуінің өсімшесінің оның шығыс кернеуінің
өсімшісіне қатынасын көрсететіндіктен, оны кері байланыс коэффициенті деп
атайды. Бұл параметр кіріс кернеудің өзгерісіне шығыс кернеудің қаншалықты
өзгерісі сәйкес келетінен көрсететін салыстырмалы шама.
Транзистордың шығыс кернеуінің өсімшесінің кіріс кернеуінің өсімшесіне
қатынасын кернеудің беріліс коэффициенті деп атайды:
(19.6)
Ендеше, транзистордың һ12 параметрі кернеудің беріліс коэффициентіне кері
шама:
(19.7)
Транзистордың шығыс тогының өсімшесінің (Ік кіріс тогының өсімшесіне (Іб
қатынасын токтың беріліс коэффициенті (β) деп атайды:
(19.8)
Биполяр транзисторларда токтың беріліс коэффициенті шамамен 50-100
аралығында жатады.
Егер коллектордың кернеуінің өсімшесін нольге тең деп алса ((Uk =0),
яғни колектордың кернеуі тұрақты болса ((Uк=const), онда (19.3)
теңдігінен һ21 параметрінің токтың беріліс коэффициенті екенін көруге
болады:
(19.9)
ал базаның тогының өсімшесін нольге тең деп алса ((Іб = 0), яғни базаның
тогы тұрақты болса (Іб = const), онда һ22 параметрі:
(19.10)
Транзистордың шығыс кедергісінің (Rш-шығыс ұштары арқылы өлшенген) кері
шамасына тең, яғни һ22 параметрі транзистордың шығыс өткізгіштігі болып
табылады.
Транзистордың һ-параметрлері оның кіріс және шығыс сипаттамаларынан
анықталады.
Базаның тогының эмиттер-база өтпесінің кернеуінен тәуелділігі, яғни Іб
=f(Uб) кіріс немесе базалық сипаттама деп аталады. Бірақ базаның тогы
коллектордың кернеуіне де байланысты өзгеретіндіктен кіріс сипаттаманы
түсіргенде коллектордың кернеуі тұрақты болып қалуы керек ((Uк =const).
Коллектордың кернеуі тұрақты болғанда базаның кернеуінің өсуі
эмиттер-база өтпесінің кедергісін азайтады да, базаға келетін электрондар
мен олардың кемтіктермен рекомбинациясын көбейтеді, яғни базаның тогын
арттырады. Коллектордың кернеуінің көбеюі коллектор-база өтпесіне керісінше
әсер етеді: өтпенің кедергісін көбейтеді және рекомбинация санын азайтады.
Сондықтан коллектордың кернеуі өскенде базаның тогы азаяды.
Коллектордың тогының коллектор-эмиттер өтпесінің кернеуінен
тәуелділігі, яғни Ік =f(Uк) шығыс немесе коллекторлық сипаттама деп
аталады. Бірақ, коллектордың тогы базаның тогына да байланысты
өзгеретіндіктен шығыс сипаттаманы түсіргенде базаның тогы тұрақты болып
қалуы керек (Іб = const).
Коллектордың кернеуі өскен сайын оның электр өрісінің әсерінен оған
келіп жететін электрондардың саны да көбейеді, яғни коллектордың тогы да
өседі. Ал базаның тогының көбеюі рекомбинацияланатын электрондардың санын
көбейтеді, сондықтан эмиттер мен коллектордың тогы да көбейеді.
Коллектордың кернеуі одан әрі өскенде коллекторға келіп жететін электрондар
түгелдей дерлік әкетіліп отырады, бірақ эмиттерде пайда болатын электрондар
саны одан әрі көбеймейді. Сондықтан коллектордың кернеуі біршама өссе де
коллектордың тогы өте аз өседі, яғни қанығу процесі басталады.
Транзисторда эмиттер-база және коллектор-база өтпелерінің сыйымдылығы
болатындықтан жоғары жиіліктерде электрондар эмиттерден коллекторға өтіп
үлгере алмайды. Ендеше жиіліктің өсуі коллектордың тогының азаюына әкеліп
соғады. Ал температура өскен кезде негізгі емес заряд тасымалдаушылардың
саны көбейеді де коллектордың бастапқы тогы артады. Сондықтан
транзисторларды олардық құжатында көрсетілген жиілік пен температураның
мәндерінде ғана пайдалану керек.

19.2. Өрістік транзисторлар

Күшейткіштік каскадтарда биполярлы транзисторлар кірер сигналды
әлсіретеді, өйткені, каскадтың кіріс тізбегінде кірер сигналдың қуаты
шығындалады. Сондықтан өте әлсіз сигналдарды күшейту үшін одан қуат
қабылдамайды дерлік өрістік транзисторлар қолданылады.
Өрістік транзисторлар деп арнадағы тогы жаптырық пен құйылмаға берілген
кернеудің электр өрісі арқылы басқарылатын жартылай өткізгішті нәрсені
айтады.

19.4-сурет. Өрістік транзистордың құрылысы (а) мен графикалық шартты
белгілері (б): 1-құйылма; 2-жаптырық; 3-ағызба; 4-арна; 5- n-түрлі; 6- р-
түрлі.

Кедергісі жаптырықтың потенциалына байланысты өзгеріп отыратын аймақты
арна деп атайды (19.4-сурет). Арнаға негізгі заряд тасымалдаушыларды
беретін (тарататын) электрод құйылма деп аталады. Арнадан негізгі заряд
тасымалдаушыларды әкетіп отыратын электрод ағызба деп аталады. Арнаның
электр өткізгіш қимасын реттеуге арналған электрод жаптырық деп аталады.
Өрістік транзисторлар негізінен силицийден жасалады және арнадағы
жартылай өткізгіштің түріне қарай n-түрлі немесе р-түрлі болып бөлінеді. n-
түрлі транзистордың арнасында негізгі заряд тасымалдаушылар электрондар
болып табылады. Олар құйылмадан басталып ағызбаға жетіп, ағызбалық токты
(І) құрайды. Жаптырық пен құйылмаға берілетін кернеу р-n - өтпесіне кері
бағытта болуы керек. Бұлайша жалғау арна мен жаптырық арасындағы екі
өтпенің кедергісін, кернеуді реттей отырып, өзгертуге мүмкіндік береді. Осы
себепті арнасы n-түрлі транзистордың ағызба мен құйылма арасындағы кернеуі
оң болуы керек, яғни Uақ 0, ал жаптырық пен құйылманың арасындағы кернеуі
теріс болуы керек, яғни Uжқ 0. р-түрлі транзисторда негізгі заряд
тасымалдаушылар кемтіктер болғандықтан, олар керісінше ағызбадан құйылмаға
қарай қозғалысқа келеді. Сондықтан р-арналы транзисторда Uақ 0 де, ал Uжқ
0 болуы керек. Өрістік транзисторлар негізінен төменгі жиілікті кіріс
кедергілері жоғары күшейткіштерде және логикалық тізбектерде қолданылады.

Нег. 4 [232-241], 5 [77-98], 6 [33-44], 7 [125-133], 11 [198-207]
Қос. 7 [120-124], 8 [88-93], 10 [2-T.85-150]
Бақылау сұрақтары:
1. Транзистордың жұмыс принципін түсіндіріңіз.
2. Жазықтықты германийлік транзистордың құрылысы қандай?
3. Транзисторларды тізбекке қосу схемаларын тізіп айтып беріңіз.
4. Ортақ эмиттер схемасымен қосылған транзистордың сипаттамаларын
бейнелеңіз.
5. Транзистордың шартты белгілерін сызып көрсетіңіз.

20-дәрістік сабақ

БИПОЛЯРЛЫ ТРАНЗИСТОРЛЫ КҮШЕЙТКІШТЕР

20.1. Күшейткіштер туралы түсінік

Ғылым мен техникада көп кездесетін инженерлік мәселелерді шешкен кезде
электрлік сигналдарды күшейту керектігі тұрады: мысалға электрлік емес
мәндерді электрлік мәндерге түрлендіріп өлшегенде, технологиялық
процестерді тексеріп және автоматтандырғанда немесе әртүрлі өнеркәсіптік
электрониканың қондырғыларын жасағанда. Электрлік сигналдарды күшейту үшін
биполярлық транзисторлар, өрістік транзисторлар және интегралдық
микросхемалар кеңінен қолданылады. Бұл күшейткіштер өте әлсіз электрлік
сигналдарды (кернеулері 10-7 В, токтары 10-14 А шамалас) күшейтуге
мүмкіндік береді. Транзисторлар арқылы аса үлкен күшейтуге жету үшін
бірнеше күшейткіш каскадтарды қолданады. Бір транзистордан немесе күшейткіш
элементтен және оған қарасты байланыс элементтерінен тұратын күшейткішті
каскад деп атайды. Күшейту процесі қоректену көзінің энергиясын
күшейткіштің сыртқы сигналының энергиясына түрлендіруде болып табылады. Бұл
процесс басқару күшейткіш элементіне немесе транзисторға әсер ететін кіріс
сигнал арқылы жүргізіледі. Шығыс сигнал кіріс сигналдың функциясы болып
табылады, сонымен қатар шығыс күшейтілген сигналдың қуаты, кіріс
күшейтілетін сигналдың қуатынан әлдеқайда артық.
Сонымен, электрондық күшейткіш деп электрлік сигналдарды, олардын
формасын өзгерпей, қоректену көзінің энергиясының арқасында қуатын
ұлғайтып, күшейтетін құрылғыны айтады. Транзисторлық күшейткіштің
электрондық деп аталу себебі, транзисторлардын жұмыс істеу принципі
жартылай өткізгіштердегі жүріп жататын электрондық процестермен анықталады.

20.1-сурет. Күшейткіш каскадтың схемасы

Күшейткіш каскадтың жалпылама структуралық схемасы 20.1-суретте
көрсетілген. Күшейткіштің кірісіне (1-2 қысқыштар) электр қозғаушы күшінің
(ЭҚК) әрекеттік мәні er, ішкі кедергісі Rr кіру сигналының көзі қосылған.
Кішкене қуатты кіру сигналы жоғарғы дәрежедегі қуаты бар қоректену көзінің
энергиясының шығынын басқарады. Сонымен, басқарушы элементті (мысалға
транзисторды) және өте қуатты қоректену көзін пайдалана отырып, кіріс
сигналдың қуатын күшейтуге мүмкіндік бар.
Күшейткіштің шығыс тізбегінде күшейтілген сигнал әрекет етеді, ол
схемада шығыс кедергісі Rшығ бар KUкір кернеу көзімен анықталған.
Күшейтілген сигналдың энергиясын пайдаланатын сыртқы жүктеме Rж
күшейткіштің шығысына қосылған (3-4 қысқыштар).
Күшейтілген сигналдардың түріне қарай күшейткіштерді екі топқа бөлуге
болады:
1) Гармоникалық сигналдардың күшейткіштері - әртүрлі шамадағы және
формадағы гармоникалық және квазигармоникалық (гармоникалық деп есептеуге
болатын), яғни периодтық сигналдарды күшейтуге арналған. Мұндай
күшейткіштерге: микрофондық, трансляциялық және магнитофондық күшейткіштер,
күй табақтарын ойнату күшейткіштері, көптеген өлшегіш күшейткіштер және
т.б. жатады.
2) Импульстық сигналдардың күшейткіштері - әртүрлі шамадағы және
формадағы периодтық және периодтық емес сигналдарды күшейтуге арналған.
Импульстық күшейткіштерге: байланыс жүйелерінің импульстық күшейткіштері,
теледидар бейнелеу сигналдарының, импульстық радиолокациялық құрылғылардың,
электрондық есептеу техникасы тетіктерінің, реттеу және басқару жүйелерінің
күшейткіштері жатады.
Күшейтілетін жиіліктерінің абсолюттік мәндеріне және жиілік жолағының
ұзындығына (диапозонына) байланысты күшейткіштер мынандай түрлерге
бөлінеді:
Тұрақты ток күшейткіштері – төменгі жиілігі fT =0-ден жоғарғы жиілігі
fЖ =20кГц-ке дейінгі жиілік жолағындағы электрлік сигналдарды күшейтуге
арналған.
Төменгі жиілікті күшейткіштер - fT=100 Гц-тен fЖ =100 кГц-ке дейінгі
жиілік жолағыңдағы айнымалы ток сигналдарын күшейтуге арналған. Жоғарғы
жиілік күшейткіштері - fT=100 кГц-тен fЖ =100 МГц-ке дейінгі жиілік
жолағындағы сигналдарды күшейтуге арналған. Кең жолақты және импульстық
күшейткіштер - fT – бірнеше кГц-тен fЖ – бірнеше МГц-ке дейінгі жиілік
жолағындағы сигналдарды күшейтуге арналған.
20.2. Күшейткіштердің көрсеткіштері

Күшейткіштің жұмысын әртүрлі көрсеткіштер сипаттайды.
1) Күшейту коэффиценттері.
Кернеу U (ток I немесе қуат P) бойынша күшейту коэффициенті делініп,
күшейткіштің шығу жағындағы күшейтілген шаманың күшейткіштің кірісіндегі
соған сәйкес шамадан қанша есе үлкен болатынын көрсететін сан айтылады.
Кернеу бойынша күшейту коэффициенті:
KU=UшығUкір, мұндағы Uшығ – күшейткіштің шығыс жағындағы кернеу мәні,
Uкір – кіріс кернеу мәні.
Ток бойынша күшейту коэффициенті:
KI =IшығIкір, мұндағы Iшығ – күшейткіштің шығыс жағындағы ток мәні,
Iкір – кіріс тогының мәні.
Қуат бойынша күшейту коэффициенті :
Kp =PшығPкір , мұндағы Pшығ – күшейткіштің шығысындағы қуат, Pкір –
кіріс қуаты.
Күшейту коэффициенттерін логарифмдік бірліктерде көрсету өте ыңғайлы,
өйткені адамның құлағы қабылдайтын дыбыс қаттылығы соған сәйкесті дыбыс
энергиясының өзгеруінің логарифміне пропорционал екені анықталған.
Сондықтан, күшейту коэффициенттерін логарифм түрінде былай жазамыз.
KU (дБ) = 20 Lg(Uшығ Uкір ) = 20 Lg KU ,
KI (дБ) = 20 Lg(Iшығ Iкір ) = 20 Lg KI ,
Kp (дБ) = 20 Lg(Pшығ Pкір ) = 20 Lg Kp .
Мұнда дБ - децибелден қысқартылып алынған.
Егер, KU (дБ) = 3дБ болса, онда шығыс кернеуі Uшығ кіріс кернеуі Uкір –ден
1,4 есе артық деген сөз, яғни жәй күшейту коэффициенті KU = 1,4.
Егер, күшейткіш бірнеше каскадтардан тұрса (мысалға n – каскадтан) онда
олардың жалпы күшейту коэффициенті:
Kж = K1 · K2 · ... . · Kn = Ki .
2) Шығыс қуат:
Pшығ = U2шығ.m 2·Rж , мұндағы Rж – активтік жүктеме, Uшығ.m –
шығыс кернеудің максималды мәні.
3) Пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК):
η= Pшығ P0 , мұндағы Pшығ – күшейткіштің жүктемеге беретін пайдалы
шығыс қуаты, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.