Биполярлы транзисторлар. Транзисторлардың қосылу схемалары

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: Биполярлы транзисторлар. Транзисторлардың қосылу схемалары (ОБ, ОЭ, ОК) . Статикалық сипаттамалары, көрсеткіштері, шартты белгілері және қолдану аймақтары .

Транзистор дегеніміз екі п текті және бір р текті немесе көрісінше екі р текті бір л текті ұшына өттізгіштен кұралған екі п - р ауысуы бар электрондық жүйе (5. 1-сурет) .

Екі шеткісі бір текті, оларды Э-эмиттер жене К-коллектор, ал ортанғысы ол екеуінен баска текті, ол Б-база деп аталады. Э-Б-К, аралығындағы n-р ауысуын сырткы ток көзіне ашық, ал Б-К аралығындағы п - р ауысуын жабық болатындай етіп қосады. Эмиттердің негізгі заряд тасымалдаушы электрондары Э-Б -ның n-р ауысуы аркылы базаның негізгі заряд тасымалдаушы кемтіктеріне қарама-қарсы қозғалады. Олар өзара рекомбинацияланады. Базаның кристалы өте жұка (4-5 мк), ондағы кемтіктердің саны эмиттердегі электрондардың санына салыстырғанда өте аз, сол себепті, рекомбинацияланудан артылған электрондар базаға келіп шоғырланады. Бұл құбылысты негізгі емес заряд тасымалдаушылардың инжекциясы дел атайды. Базаға келіп шогырланғая электрондар Б-К -ға косылған Е _т ток көзінін ұдетуші әсерінен Б-К- нық и - р ауысуы аркылы коллекторға оңай диффузияланады. Ондағы зарядтардың жетіспеушілігі азаяды, Б-К-ның n- p ауысуының кедергісі кемиді. Нәтижесінде коллектордың тоғы артады. /, коллектор тогы жуык шамамен алғанда / _э эмипер тоғымен бірдей шамада болады:

І _к =аІ _э ,

мұіідағы а -токті күшейту коэффициеші, оның шамасы α = 0, 95 + 0, 99.

5. 1-сурет

р-п-р текті транзистордыд жұмыстау, :ринішш п - р-п текіі транзисторга ұксас, оған тоқ квэдерінін лолюстсріп көрісінше ауыстырып қосса болгяны.

р-п~р жәке п-р-n транзисторлардыц жұмыстау принцитлтерінің басты ерекшелііі сол, олар бір мезгілде екі турлі (кемтік және электрон) зарад тасымалдаупшлардың козғалысына негізделген. Сондықіан оларды бипадярш транзисторіир деп атайды.

-Жалпы Э-Б - нын п-р ауысуының r _б кедсргісі Б-К - ньщ n-р ауысуынын r _t кедергісімен салыстырғаіща коп кіші. r _б <<r _к . Демек, Э-^жүйесіне болымсыз кіші «„айнымалы кернеу берсе, онда коллектор жүйесіндегі R _K жүктемеге түскен и _k кернеудің мәні одан коп есе артык болады. и _б <<u _k . Транзистордың мүндай ерекше касиетін электрлік тербелістерді күшейту және генерациялау үшін колданады.

Транзисторларды электрлік сұлбаға қосу

Транзистор электрлік сұлбага үш түрлі косуга болады. Олар:

ортақ базалы (5. 2а-сурет) ;
ортақ эмиттерлі (5. 2ө-сурет) ; ортақ коллекторлы (5. 2б-сурет) .

5. 2-сурет

Ортақ базалы (база ортак электрод) сұлбаның коллектрінін тогін/, . базаның АІ _Э тогінін бір күрама бөлігі ретһщя қарастыруға болады. Олардыц бағыты карама-карсы болатьшын жвне коллекторлық калдық тогін ескерсек, онда:

I _k =-AI _э +I _кб0 ,

мұндагы жалпы базалы сұлбаның турақты токті күшейту коэффициенті

А=

'э әрқашан бірден кіші болатынын байқаймыз.

Коллектордың І _кб0 тогі - жабу тогі, ол I _э = 0, ягни эмиттер косылмаған кезде байқалады. Токтін АІ _Э кұраушысы I _э эмиттердің тогімен басқарылады. Ал, I _кб0 калдық ток эмиттердщ тогіне тоуедді емес, сондықтан ол токтін баскарылмайтын белігін күрайды. Онын шамасы куаты аз транзисторлар үшін 10 мкА-ден аспайды.

Транзисторлардың бір ерекшелігі, коллектордың тогі эмиттердің ете влсіз тогімен де баскарылады, демек І _к =f(I ₆ )

Ортак эмиттерлі сұлба үшін мына теңдеуді жазайык:

І _к + І _э +I _б =0

/ _э -нің мәнін (5. 2) тевдеуден алып, (3. 4) -ді түрлендірсек, онда

І _к =

Соңгы (4. 5) ернегі (5, 3) ернегіне үқсас. Демек, ортак эмиттерлі сұлбанын түракты токті күшейту

коэффициснті мынаған тен:

Енді коллектордың тогін мына түрде жазамыз:

(4. 7) 'адиегінен мьгаадай қоргьшды жасауға б^лады. Ортақ эмиггерлі сұлба / _в базанын тогін В есе күшейтеді. Мысалы, A 4 0, 98 болса, онда (4. 6) өргегінен В - 49, демек, базанын

тогі 49 есе күшейеді. , \ч

Ортақ эмиттерлі сұлбаиын ер*кпіелігі, <йі тек тоісіі ғана емес кернеуді де күшейтеді, демек сұлбанын хірісіне берілген алсіз снгналдыя куаты артады.

Ортак коллекторлы сұлба кірісінін кедергісі аса жоғары, ал шыгысынын кедергісі өте төмен болуына баііланысты өте сирск колданылады. Сол себепті, біз оған талдау жасамадық.

Транзистордың ұш түрлі сұлбаларын салыстырып, бағалау ұшін олардың кейбір манызды параметрлерін 5. 1-кестеден караныз.

5. 1-кесте

Параметрлер: Параметрлер

Ортақ эюптерлі сұлба: Ортақ эюптерлі сұлба

иртақоазалы сұлба: иртақоазалы сұлба

ортақ коллекторлы сұлба: ортақ коллекторлы сұлба

Параметрлер: Токті күшейту Коэффициенті

Ортақ эюптерлі сұлба:

20 + 300

иртақоазалы сұлба: <1

ортақ коллекторлы сұлба:

20 + 300

Параметрлер: Кернеуді күшейу коэффициенті

Ортақ эюптерлі сұлба:

50 + 5-10'

иртақоазалы сұлба: «50 + 5·10 ⁴

ортақ коллекторлы сұлба: <1

Параметрлер:

Кіру кедергісі

Шыгу кедергісі

Ортақ эюптерлі сұлба:

200 + 1500 Ом

0, 3 + 1, 5МОм

иртақоазалы сұлба:

30 + З00 Ом

1 3МОм

ортақ коллекторлы сұлба:

1 + 5МОм

10 + 300 Ом

Биполярлы транзисторлардың вольт-амперлік сипапамалары

Транзистордың кіріс тізбегінін токпеи кернеуінін I ₆ =f ₁ (U _бэ ) тәуелділігін кіріс немесе базалық сипаттама дейді. Базаның тогі түракты болған жагдайда транзистордың коллекторы мен эмиггерініи аралыгындағы токпен кернеуінің І _к = f ₂ (U _кэ ) _{І6m const} тәуелділігін шыгыс немесе коллектсрлық сипаттама дейді.

п- р-п текті транзисторлардың базалық сипаттамасы 5. 3а-суретте, ал коллекторлық сипаттамасы 5. 3о-суретте көрсетілген.

5. 3-сурет

Кіріс сипаттамасы U _кэ кернеуге тәуелді емее екенін кереміз. Ал шығыс сипаггамасы болса жуык шамамен U _кэ кернеуге сызықты тәуелді, каныгу тогініц мәнін Іб базаның тогі аныктайды.

Биполярлы транзнсторлардың һ параметрлері

Биполярлы транзистордың ортақ эмиттерлік сұлбасын тереңірек талдап есеп жасайық. Ол үшін траиэисторлардыц һ параметрлері деп аталатын шамаларды пайдаланамыз. Ортақ эмиттерлік сұлба бойынша косылған транзистордың электрлік күйі төрт шама арқылы сипатталады: Ів, Uвэ, І _К және Uкэ. Бұлардың екеуі тәуелсіз деп алсақ, ал онда қалған екеуі тәуелсіз ден алған екі шама арқылы анықтауға болады. Негізінен І _б жәве Uкэ шамаларды тәуелеіз деп алатын болсақ, онда Uвэ = f , (I _б , U _кэ ), І _к =f ₂ (I _б , U _кэ ) .

Күшейткіш кондырғынадың кіріс сигналдары үшін транзистордың кіріспесінт кернеуі мен тогінін сызыктк өзгөрісін алады. Транзисгордың сипаттамасының сызықтық бөлігімен шектелетін оның ∆U _бэ кернеуі мен ∆ І _К тогінік сызықтық өзгөрісі үшін мьша тендеулерді жазуымызға болады:

немесе

(5. 9)

мүндагы һ _ікэ (і = 1, k = 1, 2) - ортак эмиттерлік сұлба бойынша қосылған транзистордың кіріс және шығыс сипаттамаларынан дербес туынды алу арқылы оңай анықталатъш шамалар;

һ _нэ параметрдің кедергімен бірдей өлшем бірлігі бар, оны биполярлы транзистордың кірмесінің кедергісі дейді.

һ _12Э - кернеудің ішкі кері байланысын сипаттайтын өлшем бірлігі жоқ коэффициент.

һ _21э ^_ коллектордың кернеуі тұрақты болған жағдайда транзистордың токті күшейту қасиетін сипаттайтын өлшем бірлігі жок коэффициент.

һ _22з - өткізгіштікпен бірдей өлшем бірлігі бар, базаның тогі тұрақты болған жағдайда транзистордың шығыс (коллеюгор-эмиттердің) өткізгіштігін сипаттайтын шама.

Шала өткізгіш диодтар сияқты транзисторлардың сипаттамасы температураға тәуелді күшті өзгөрістерге ұшырайды. Егер температура артатын болса, онда коллектор және базаньщ негізі емес заряд тасымалдаушыларының саны ерекше молаяды, осыған сәйкес коллектордың тоқтың бастапқы І _к0 мәні де өседі. Сонымен қатар заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы артады, осыған байланысты һ _2ІЗ коэффициентінің мәні өседі. Жалпы транзисторлардың һ параметрлері, әсіресе һ ₂₁₃ токті күшейту коэффициевті айнымалы кернеудің жиілігіне тәуелді. Жиіліктің мәні жоғарлаған сайын оның периодымен өлшенетін уакыт ішінде заряд тасымаддаушылар (n - р - п текті транзисторларда электрондар) эмиттерден коллекторға дейінгі аралығы жүріп үлгермеуі мүмкін.

Һ _21э токті күшейту коэффициентінің мәні бірге дейін кемитін жиіліктің f _ш „ мәнін шекаралық деп атайды. Практикада һ _2ІЭ параметрдід мәні есе кемуіне сәйкес келетін f ₀ жиілікті жиі пайдаланады.

Коллектордың ауысымын артықша қызып кетуінен сақnау үшін, онда бөлінетін куатты әрбір транзистордың сипаттамасында берілетін белгілі бір максималь мәнінен артылдырмау керек:

N _K =І _к U _кэ , ≤ N _Kмак (5. 10)

Егер коллектор мен эмиттердің аралығына берілген кернеудің мәні вте жоғары болса, онда коллектордың ауысымы электрлік тесіп өтуге ұшырауы мүмкін. Сондықтан, коллекторға берілетін кернеудің мәні оның рұқсатталған максималь мәнінен артпауы керек:

Uкэ ≤U _Kмак , (5. 11)

демек коллектордың тогі үшін де

І к≤І _кмак , (5. 12)

шарты орындалады. Транзистордың коллекторлық сипаттамасындағы жұмыс аймағы 5. 4-суретте қиғаш және үзік сызықтармен бейнеленген I _Kмак , U _Кмак және N _кмак мәндерімен шектеледі.

5. 4-сурет

Транзистордың N _Kмак қуатын арттыру үшін аттас электродтары өзара біріктіріп қосылған көптеген транзисторлардың жинағын пайдаланады.

Заряд тасымалдаушылардың п - р ауысу арқылы диффузиялық және дрейфтік қозғалыстары

Транзистордың п - р ауысуындағы заряд тасымалдаушылардың қозғалыс ерекшеліктері, яғни ондағы тоқтің жүру процесі транзистордың, жасау технологиясына байланысты. Транзисторды әртүлі технологиялых әдістермен жасайды. Төмендегі 5. 5а-суретте балкыту әдісімен жасаиған р - п - р техті, 5. 5ә-суретте эпнтаксиалды - диффузиялық технология әдісімен жасалған п - р - п текті, ал 5. 5б-суретте планарлық технология әдісімен жасалған п - р - n текті транзисторлардың құрылымы көрсетілген. Осы суреттерден олардыц құрылымдық ерекшеліктері көрініп тұр.

Диффузиялық технологня деп қоспа элементтердің атомдарын негізгі шала өткізгіштің ішкі кеңістігіне өндіру әдісін айдады. Нәтижесінде өткізгштігі әртүрлі, р немесе п текті қабат пайда болады.

Эпитаксия деп шала өткізгіш төсеніштің үстіне онын кристалдық құрлымымен құрылымын бірдей болгызьш зат молекулаларының қабыршық қабатын отырғызу әдісін айтады.

Жасалу технологиясына байлаиысты транзисторлардың базаларынын қоспалары мен олардың концентрацияларынын шоғырлануы біркелкі немесе біркелкі емес болуы мүмкін. Егер базадағы қоспалары мен олардың концентрациясы біркелкі болса, онда базага келген негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны артады да, олар диффузиялық козғалыска енеді, яғни п-р ауысу аркылы диффузияланады. Диффузия процесі жүрілу ұшін негізгі және негізгі емес заряд тасымалдаушылардың концентрациясы бірдей болмауы керек. Мұндай процеске негізделген транзисторды диффузиялық травзистор деп атайды.

Батасына диффузиялық әдіпен береген (доиорлық) және алаған (акцепторлық) қоспалар енгізілген, яғнк базасы бір текті емес транзисторлар да баіады. Бірақ мұндағы береген қоспаның концентрациясы злаған қоспадан кеп болады. Транзисторлардың базаларынық қоспалары біркелкі емес шоғырлануына байланысты п - р ауысу аймағында ішкі электр өрісі пайда болады. Енді осы электр өрісі калаіі пайда болатындыгына аздап токталайық. Мәсслен p-n-р текті транзисторды алып карастыратын болсақ, онда қоспалардың базада біркелкі шоғырланбауына байланысты базадағы еркін электрондардың концентрациясы ондагы береген қоспанын концентрациясымен тең бола алмайды. Сондықтан еркін элехтрондардың біраз бөлігі п-р ауысудың эмиттер жагынан холлектор жагына диффузиялық жолмен етеді. Сөйтіп, п-р ауысудың эмиттер жағы оң, ал коллектор жағы төріс зарядталады. Осылайша қарама-қарсы зарядталған қабаттын аралығында күш сызыктары эмиттерден коллекторге қарай бағытталған электр өрісі калыптасады. Осы бағытта кемтіктердің козғалуына мүмкікдік туады. Осы өрістін әсерінен базадағы негізгі емес заряд тасымалдаушылардың козғалысын крейфтік, ал мұндай процеске негізделген транзисторды дрейфтік транзистор деп атайды.

5. 5-сурет Дрейфтік транзисторлардың диффузиялық транзисторлардан бірнеше артық жақсылық жақтары бар:

жұмыс жиілігі жоғары;
паразиттік сыйымдылығы кіші.

Кемшілік жағына тоқталатын болсак, эмиттерлік аусыуға берілетін кернеудің мәні аз, коллектрінің ішкі кедергісі үлкен.

№5-ші дәріс сабағы.

Өрістік униполярлық транзисторлар. Басқарылатын p-n өтпесі бар өрістік транзисторлар. Жасанды және индукцияланған каналы бар МДШ транзисторлары .

Өрістік немесе арналық транзистбрлар жұмыс принципі жағынан электрвакуумдық триод лампаға өте ұқсас. Мұндағы ерекшелікке токталатын болсақ, заряд тасымалдаушылар вакуумда емес германий христалынын бойымен козгалады. Транзистордық тогі тек бір түрлі заряд тасымалдаушылар арқылы ғана жүзеге асады. Сол себепті, өрісгік транзисторлар унипалярлы транзисторлар деп аталады.

Өрістік транзистордың құрылымына және электрлік сұлбаға калай қосылатынына танысайык. Өрістік транзистор п текті жүка шала өткізгіш пластинкаға кұрылады. Оны арна деп те атайды. Сол себепті, өрістік транзисторды кейде арналық транзистор дейді. Оның ехі жағына р текті шала өткізгіш қабат отырғызылады (5. 6-сурет) . Бұл қабат баскарушы электродтың міндетін аткарады, оны жалпы (затвор) деп атайды.

Егер кіру тетігіне сырттан кернсу берілмссс, оііда негізгі заряд тасымалдаушы электрондардың ағыны бастаудан құймаға қарай бағытталады. Ал, ток көрісінше құймадан бастауға карай ағады. Электрондардың ағыны екі жапкынык аралығындағы арна аркылы өтеді.

Бастапкы тұрақты токтің мәнін құйманың кернеуі мен арнаның кедергісі анықтайды. Арнаның кедергісі n-р ауысумен шектелген арнаның еніне тәуелді. Кіріске сырттан берілген кернеу п- р ауысу қабатынын енін өзгертеді. Бастаудың І ₆ тогінін бастау мен құйманын U _бк кернеуіне тәуелділігінін І _б = f(U _бк ) графикалық сипаттамасы 5. 7а-суретте көрсетілген, мұндағы жапқы мен құйманың кернеуі Uжк = const. Бұл тәуелділікті бастаулық сипаттама деп атайды.

U _6к кернеуінің мәні аздап ессе, онда І _с оған түзу сызықты тәуелділікпен өседі, ал U _бI >- нің мәні азайған жағдайда да осы заңдылық сақталады. U _бк -нің мәні белгілі бір шамадан артканда І _б - нін мәні оған түзу сызықты тәуелділікпен ауытқиды, оның мәні канығады, ал қанығу тогінің мәні U _жк . -нің мәніне тәуелді. І _б - нің қанығуынын себебі, оның белгілі бір мәнінде U _бк- нің мәні артқан сайын құйма жағындағы арнаның ені жінішкере келе ток пен кернеудің аралығында динамикалық тепе-теңдік калыптасады.

5. 6-сурет

Енді бастаулық-жапқылық сипаттаманы, яғни І _б - нің U _жк -ға тәуелділігінің І _б =f(U _жк ) сипаттамасына тоқталайық (5. 7»-сурет) . Мұнда І _б -нің мәні бастау мен құйманың кернеуіне сызыкты тәуелділікпен өсетінін байкауға болады. Ал жапкы мен құйманың U^ кернеуінін төріс мәнінің шамасы артқан сайын сызықты тәуелділікпен кемиді, ол белгілі бір максималь мәнге жеткенде арна жабылады, яғни ток жүрмейтін болады.

5. 7-сурет

Өрістік транзисторлардың негіігі сипаттамалық көрсеткіштері:

сипаттамасының тіктігі

бастаудың дифференциалдық кедергісі

кернеуді күшейту коэффициенті

Биполярлык транзистор арқылы ететін ток негізгі емес заряд тасымалдаушылардың базаға инжекциялануы арқылы баскарылатын болса, ал униполярлык транзисторларда, ол электрондардық ағынына жапқының тарапынан перпендикуляр бағьпта әсер ететін электр өрісіне тікелей байланысты.

Өрістік транзисторлардық биполярлык транзисторларға салыстырғанда кіріс кедергілері мен күшейту коэффициентгері үлкен, сонымен катар аса жоғары жиіліктер үшін шуыл коэффициенттері кіші, температураға және тесіп ету кернеуіне төзімді.

Жапқысы окшауланған орістік транзисторларды көбінесе МДШ транзисторлар деп атайды. Бұлайша аталуынык себебі мұнда М-металл, Д-диэлектрик, Ш-шалаөткізгіштің түйіспелері пайдаланады. МДШ қыскаша иетзлл -диэлектрик -шалаөткізгіш деген ұғымды біддіреді.

МДШ транзисторлар арнасыньщ сипатына байланысты екі түрге бөлінеді:

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.