Кері диодтар

Туннельдік диодтар

Күшті леширленген p-n аймақтың шекарасында туннельдік эффект байқалады. Ол диод ВАС-ының тура тармағында кедергісі теріс (нөлден кем) участоктың бар болуымен байқалады. Мұндай диодтардың кері тармағы жоқтың қасы, яғни кері кернеудің аз ғана мәнінде туннельдік тесілу байқалады да кері ток бірден күшейеді. Кедергісі теріс участке туннельдік диодтарды электр сигналдарын генерациялауға және оларды күшейтуге қолдануға мүмкіндік береді.

Кері диодтар туннельдік диодтардың бір түрі. Ондағы қоспалардың концентрациясы туннельдік диодтағыдан біраз төмен болады. Соның нәтижесінде оның ВАС-ында кедергісі теріс учаске болмайды.

Мұндай диодтардың кері тармағы туннельдік тесілу әсерінен электр тогын өткізетін болады. Кері диодтар амплитудалары шамалы 0,3 В-қа дейінгі айнымалы сигналдарды түзетуге қолданылады.

3.10 Жартылайөткізгіштік диодтарды маркалау

Таңбалама алты элементтен тұрады:

К Д 2 1 7 А немесе К С 1 9 1 Е

^{1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6}

1 – Диодтың қандай материал түрінен жасалғанын көрсететін әріп немесе сан:

1 немесе Г – Ge (германий),

2 немесе К – Si (кремний),

3 немесе А – GeAs.

2 – оның атқару тағайындалуына байланысты диодтың түрін көрсететін әріп:

Д – диод,

С – стабилитрон, стабистор,

В – варикап,

И – туннельдік диод.

3,4,5 – диодтың тағайындалуын және электрлік қасиетін көрсететін сандар.

6 – параметрлік топтар бойынша диодтардың бөлінуін көрсететін әріп.

4 ДӘРІС «RC-ТІЗБЕКТЕГІ АУЫСПАЛЫ ҮДЕРІСТЕР»

Жартылайөткізгіш приборлардың ішкі эквиваленттік схемалары мен олардың сыртқы тізбегі RC-қосылыстар болып таблады. Оларға айнымалы сигналдар берілгенде электротехникада ауыспалы деп аталатын динамикалық орынықсыз үрдістер жүреді. 16 суретте амплитудасы Е секірмелі кернеу берілген RC-тізбек көрсетілген. Секірмелі кернеу S кілтті тұйықтау арқылы жүзеге асады.

а)

б)

в)

16 Сурет – RC-тізбектегі ауысу үрдістері

Тізбектің жеке элементтеріндегі ток пен кернеу динамикасының аналитикалық заңдылығын анықтау үшін Кирхгофтың екінші заңын қолданамыз.

Сонымен, осы тізбек үшін Кирхгофтың екінші заңы:

Ri + u_C = Е.

Сиымдылықтағы токты былай жазуға болады:

i = Cdu_C / dt.

Осыдан:

RC(du_c / dt) +u_c = E

Сиымдылықтағы S кілт тұйықталғаннан кейінгі қалыптасқан кернеудің мәні әрқашан Е болады. Өйткені, тұрақты токта қалыптасқан режімде du_C / dt = 0 және i = Cdu_C / dt = 0 болады. Ал u_C = u  Ri = E  Ri = E екендерін ескерсек, сиымдылықтағы кернеу жалпы жағдайда мынадай болады:

u_C = u _у + u _с= E + U e ^{t /τ} (1).

Комутацияға дейінгі сиымдылықтағы кернеу мынадай болсын делік:

u_C (0) = + U ₀,

бұл жерде «+» таңбасы 16 а суреттегі кернеудің полюсіне сәйкес. Онда (1) формулаға сәйкес кілтті тұйықтағаннан кейінгі келесі уақыт мезеті үшін U тұрақтысының мәнін анықтасақ:

,

осыдан сиымдылықтағы кернеудің мына түрде болатыны анықталады:

(2).

Мұндағы τ = RC – ауыспалы үрдіс уақытының тұрақтысы. Осыдан резистордағы ток кұші мен ондағы кернеуді анықтауға болады:

(3).

16 б-г суреттерде – RC-тізбекті тұрақты ЭҚК-іне қосылған кездегі сиымдылықтағы бастапқы кернеудің үш түрлі мәні үшін уақыт диаграммалары келтірілген: 1) E > U ₀ > 0; 2) E < U ₀ и U ₀ > 0; 3) U ₀ < 0. Барлық жағдайда сиымдылықтағы кернеу U ₀-ден E -ге дейін экспонента заңымен монотонды түрде өзгереді. Ал резистордағы кернеу кілтті тұйықтау кезінде секірмелі түрде U ₀ және E шамаларының айырымына (немесе қосындысына) тең шамаға өзгереді де содан кейін монотонды нөлге дейін құлайды. Егер E < U ₀, болса резситордағы ток және кернеу теріс болады да, конденсатор разрядталады.

Сиымдылықтың толық разряды сыртқы энергия көздері болмаған жағдайда ғана іске асады. Кілт тұйықталғанда конденсатордың электр өрісінде жинақталған энергия резистордағы жылуға айналады.

Сиымдылықтағы кернеу ауысу үрдістері кезінде тек еркін құраушыға ие болады:

u_C = u _с= U e ^{t /τ},

және егер тізбек қуат көзіне ұзақ уақыт қосылып тұрған болса, кілтті ажыратқан кезде сиымдылықтағы кернеу E -ге тең болады. Сондықтан тұрақты U шамасы мынаған тең болады:

u_C (0) = E = u_C (0₊) = U,

ал ауысу кезіндегі сиымдылықтағы кернеу:

u_C = E e ^{t /τ} (4).

Осыдан резистордағы ток пен кернеу:

(5).

5 ДӘРІС «Биполярлы транзистор»

Жалпы мағлұматтар. Биполярлы транзистор – екі p-n аусуы бар жартылайөткізгіштік құрал. Транзисторлардың биполяр (екі полоюсті) атану себебі – одан ток өткен кезде заряд тасымалдаушылардың екі тегі (электрондар мен кемтіктер) қатысады. Транзисторлар екі типті болады: p-n-p және n-p-n. Біршама артықшылықтары бар болғандықтан n-p-n типті транзисторлар қолданыста кеңінен таралған. Биполяр транзисторлардың схемадағы белгіленуі 17 суретте келтірілген.

17 Сурет – Транзисторлардың схемадағы белгіленуі

Бұл жердегі белгіленулер: «б» – база, «к» – коллектор, «э» – эмиттер. Транзистордың типі (п-р-п немесе р-п-р) эмиттердегі бағдарсызықтың бағытымен анықталады, ол эмиттерлік ауысу тогының бағытын көрсетеді. р-п-р типті транзистордың коллекторы қуат көзінің теріс полюсіне, ал п-р-п типті транзисторда оң полюсіне қосылады. 18 суретте п-р-п және р-п-р типті транзисторлардың электродтарындағы токтар мен кернеулер келтірілген.

18 Сурет – Әртүрлі типті транзисторлардағы токтар мен кернеулер

Кіріс сигнал көзі мен транзистордың шығыс тізбегі арасында қай электрод ортақ болуына байланысты транзисторды қосудың негізгі үш түрлі қосылу схемасы болады: ортақ эмиттермен (ОЭ), ортақ коллектормен (ОК) және ортақ базамен (ОБ). Бұлар 19 суретте келтірілген.

19 Сурет – Транзистордың түрліше қосылу схемалары.

а) – ортақ базамен; б) – ортақ эмиттермен; в) – ортақ коллектормен.

Транзистордың әртүрлі қосылу схемаларының негізгі салыстырмалы техникалық параметрлері 1 кестеде келтірілген.

1 кесте – Транзистордың әртүрлі қосылу схемаларының негізгі

салыстырмалы техникалық шамалары [6]

	rкір	rшығ	Ku	Ki	Kp	Ескерту
ОЭ	Орташа	Жоғары	Жоғары	Жоғары	Өте жоғары	Жиі қолданылады
ОК	Өте жоғары	Өте төмен		Жоғары	Жоғары	Жиі қолданылмайды
ОБ	Төмен	Өте жоғары	Жоғары		Жоғары	Сирек қолданылады

Транзистордың жалпы және көбінесе жиі қолданылатын, оны сипаттайтын көрсеткіші – эксперимент жүзінде алынған статикалық вольтамперлік сипаттамасы (ВАС).

Транзистордың статикалық сипаттамасын эксперимент жүзінде алынған, жүктемесіз режимдегі (R_ж=0) транзистордың p-n ауысуындағы ағатын ток пен кернеу арасындағы қатынастарды көрсететін графиктер құрайды. Бұл сипаттамалар әр типті транзистор үшін бірегей болып табылады және олар транзистордың зауыттан шыққан төлқұжатында немесе жартылайөткізгіштік приборларға арналған анытамаларда келтіріледі [3,4].

Транзистордың негізгі ВАС-ы болып оның кіріс және шығыс сипаттамалары қарастырылады.

Практикада әдетте транзисторды ортақ эмиттермен (ОЭ) қосу жиі қолданылады. Бұлай қосқан кезде база кіріс электроды болып табылады, эмиттер жермен жалғанады (ол ортақ электрод), ал коллектор шығыс электроды болады.

ОЭ схемасымен қосылған транзистордың кіріс сипаттамасы - берілген (бекітілген) U_кэ коллектор мен эмиттер арасындағы кернеудегі U_бэ=f₁(I_б) тәуелділігі – U_бэ база мен эмиттер арасындағы кернеудің I_б кіріс тогына тәуелділігі. Коллектор тізбегінде басқарылмайтын жылулық ток болуы мүмкін. U_кэ=0 болғанда коллектор тізбегінде I_к0 жылулық ток болмайды, ол тек U_кэ>0 кезінде пайда болады және 20 суретте көрсетілгендей I_б кіріс тогына қарсы бағытталған.

20 Сурет – Транзистордың температуралық токтарының таралуы

ОЭ схемасымен қосылған транзистордың шығыс сипаттамасы – берілген (бекітілген) I_б кіріс тогындағы I_к =f₂(U_кэ) тәуелділігі – I_к шығыс тогының U_кэ колектор мен эмиттер арасындағы кернеуге тәуелділігі. Егер U_бэ=0 болса, коллектор тізбегінде тек жылулық ток қана жүреді, өйткені бұл жағдайда (қарастырылып отырған n-p-n типті транзистор үшін) эмиттерден электрондардың базаға инжекциясы (бүркуі) болмайды.

21 суретте статикалық режимдегі транзистордың ВАС-ы келтірілген.

21 Сурет – ОЭ схемасымен қосылған (а)

транзистордың кіріс (б) және шығыс (в) ВАС-ы

Кіріс ВАС-ында көрініп тұрғандай, (21-б сурет) кіріс жағынан транзистор U_бэ кернеуінің белгілі бір мәніне дейін сезімталдығы жоқ аймаққа ие, бұл аймақта транзистордың күшейткіш қасиеттері болмайды. Германий транзисторларында кернеудің бұл мәні (0,3 – 0,5 В шамасында) кремний транзисторларына қарағанда (0,6 – 0,9 В) төмен болады (бұл шаманы 0,7 В деп қарастырамыз).

Күшейткіш элемент ретінде ОЭ схемасымен қосылған статикалық режимдегі транзисторды сипаттайтын параметр – база тогының күшею коэффициенті h_21э:

h_21э=β = I_к / I_б, при U_кэ= const (6)

Анықтамаларда бұл параметр статикалық режимдегі көрсеткіш екендігі жайында арнайы атап көрсетіледі. Көтпеген транзисторлар үшін h_21э мәні h_21э=10-200 аралығында болады.

h_21э параметрі h – парметрлер қатарына жатады, бұл төртполюстіктің арнайы параметрі. Анықтамаларда басқа да һ – параметрлер келтіріледі, олар:

- h_11э – транзистордың кіріс дифференциалдық кедергісі, ол U_кэ=const кезіндегі h_11э=ΔU_бэ/ΔI_б қатынасымен анықталады;

- h_22э – шығыс дифференциалдық өткізгіштік h_22э=ΔI_к/ΔU_кэ, I_б=const.

Бұл екі параметр динамикалық параметрлер болып табылады.

ОЭ схемасымен жалғанған транзисторлар үшін кіріс кедергі кОм-дар шамасында болады, шығыс өткізгіштігінің мәні – 10 ^{- 4}-10^-5 шамасында.

Транзистор колектор тізбегіндегі R_к жүктемемен жұмыс істегенде коллектордағы кернеу азаяды, колектордағы токтың жоғары мәндерінде нөлге дейін төмендейді. Коллектор тогы I_к мен ондағы кернеу U_к арасындағы байланыс жүктеме түзуі теңдеуімен анықталады, оның түрі мынадай:

I_к=(Е_к - U_к)/R_к (7)

Транзистордың коллекторлық (шығыс) сипаттамаларында (21-в сурет) жүктемелік түзу координаттар осімен мынадай нүктелерде қиылысады:

- горизонталь осьті коллектор мен эмиттер арасындағы Uкэ кернеудің Ек мәнінде, бұл кезде Iк = 0 болады;

- вертикаль осьті Ек/Rк нүктесінде, бұл кезде транзистор қанығу режимінде болады (транзистор қысқаша тұйықталған деп есептеуге болады).

Келтірілген графикалық сызбалар мен есептеулер биполяр транзисторлар негізіндегі әртүрлі күшейткіш схемаларды жобалағанда қолданылады.

6 ДӘРІС «ӨРІСТІК ТРАНЗИСТОРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ МЕН

ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ»

Өрістік транзистор төмен легирленген n-типті жұқа пластинка немесе стержень түрінде жасалады. Ол арна болып табылады. Арнаның екі бүйіріне затвор қызметін атқаратын р-типті жартылайөткізгіш қондырылады. n-типті пластинаның екі шетіне электрондар орнатылған. Арнаның біреуі – «көз», екіншісі «астау» деп аталған, көз схеманың ортақ нүктесімен жалғанған.

22 Сурет - Өрістік транзистордың конструкциялық-схемалық моделі

Астауға арнадағы негізгі тасымалдаушылар көзге қарай қозғалатындай полюсті кернеу беріледі, яғни n-арналы транзисторда астауға «+», ал р-арналы транзисторда «-» полюсті кернеу беріледі. p⁺ затвор мен n-арна арасында p-n ауысу пайда болады және ол арнаға жақын аймақта болады, өйтекені оның легирлену дәрежесі төмен болады. Затворға көзбен салыстырғанда p-n ауысу кері бағытта ығысатындай полюстегі басқаратын кернеу беріледі. Затвордағы кернеудің бағыты өзгергенде p-n ауысудың ені, сонымен қатар арнаның өткізгіш бөлігінің ені д өзгереді. Нәтижесінде «көз-астау» бөлігінің (арнаның) кедергісі және астаудың тогы да өзгереді.

Өрістік транзисторды сипаттайтын негізгі параметрлер:

1. Арнаның өткізгіш бөлігі бүкіл ұзына бойына бітелетіндей затвор мен көз арасындағы кернеу – кесу (үзу) кернеуі;

2. Арнаның астау тұсында бітелуіне әкелетін «көз-астау» арасындағы кернеу – қанығу кернеуі.

6.1 Басқарушы p-n ауысулы n-арналы өрістік транзистордың статикалық ВАС-ы

23 суретте n-арналы өрістік транзистордың ВАС-ы келтірілген, - шығыстық ВАС-ы, - өткізу ВАС-ы келтірілген.

23 сурет – n арналы өрістік транзистордың ВАС-ы

Өрістік транзистордың шығыс ВАС-ын кейде астаулық деп те атайды. Өткізу сипаттамасы ретінде кіріс кернеуімен I_а – астау тогын реттеу қарастырылады: затвор-көз кернеуі кесу кернеуіне ұмтылғанда I_а – астау тогы нөлге айналады.

6.2 МДЖ-транзисторлар немесе затворы изоляцияланған транзисторлар

Бұл транзисторлардың металл затворы ток өткізетін арнадан жартылайөткізгіштің бетіне қондырылған диэлектрик қабатпен изоляцияланған. МДЖ-транзистордың жұмыс істеу принципі диэлектрик қабаттың көмегімен арнаның кеңістіктік зарядын (яғни арнаның өткізгіштігін) басқаруға негізделген. Арнаның жасалу тәсіліне қарай МДЖ-транзисторлар екі түрлі болады.

6.3 Орнатылған арналы МДЖ-транзистор

Оларда арна транзситорды жасау барысында дайындалады (24 сурет). 25 және 26 суреттерде сәйкесінше осындай транзистордың шығыстық және өткізу ВАС-лары келтірілген.

24 сурет – Орнатылған арналы МДЖ-транзистор

25 сурет - құрылған каналды

МДЖ-транзисторының шығыс ВАС-ы

26 суретте беріліс ВАС көрсетілген

26 сурет- МДП-транзисторының беріліс ВАС-ы

Дата добавления: 2014-01-03