Іі. Есептеу бөлімі.
2.1. Биполяр транзисторлардың тогының шамасын есептеу .
2.1.6-сурет. Биполяр транзистордың қосылу схемасындағы ток күші мен онда орындалатын операциялрдың матматикалық есептеулерін төмендегідей жолмен көрсетуге болады.
Идеал биполяр транзистордың моделінің құрылысы екі бөлімнен тұртыны көрініп тұр. Бірнші бөлім – кеңістіктік зарядтар аумағы, екінші бөлім-квазинейтралды зарядтар облысы. Мұнда төмендегі бірнеше шарт орындалады:
Кеістіктік зарядтар аймағындағы зарядтардың қозғалысы нөлге тең болады, яғни бұл жерде зарядтардың қозғалысы жоқ деген сөз.
Эмиттер, база және коллектордың көлемдік кедергілері нөлге жуық болады.
Кернеу эмиттерлі және коллекторлы өтпеге тікелей жалғанады.
Кеңістітік зарядтар аймағында өтпелі процесс орын алады: бұл процесс заряд тасушылар,кернеу және кедергілерді байланыстырады.
2.1.7-суретте көрсетілген транзистордың жалғану сұлбасындағы биполяр транзисторды жеке қарастырайық.
Биполяр транзистордың сыртқы тізбегінде мынандай токтар таралады:
іэ- эмиттер шықпасының ток күші
ік- коллектор шықпасының ток күші.
іб-база шықпасының ток күші.
Ал сыртқы кедергілердің мәнін база арқылы есептеу керек:
2.2. Әр түрлі өтпелердегі биполяр транзисторлардың құрылымдық
схемалары мен статикалық сипаттамаларының графиктерін тұрғызу.
Биполяр транзистордың шығыс және кіріс кернеулерге сәйкес келетін шамасының вольт-амперлік сипаттамасы көрсетілген. Мұндағы шығыс кернеудің шамасы - 80 В-қа тең болса, кіріс кернеудің шамасы 0-ге тең болып тұр. Ал ток күшінің шамасы графикте көрсетілгендей 0-10 А-ге дейін өзгереді.
2.2.8-сурет. Кіріс және шығыс кернеудің мәндеріне сәйкес келетін вольт-амперлік сипаттама.
2.2.9-суретте биполяр транзистордың бір диодының құрылымына сипаттама беріліп тұр.
Жоғарыда теориялық, яғни негізгі бөлімде көрсетілген мәліметтерге статикалық сипаттама ретінде немесе транзистордың жұмыс істеу режимін
схемалық түрде осылай көрсетеміз.
Биполяр транзисторлар бір диодын негізгі етіп, әр түрлі принципте
жұмыс атқаратыны айтылып кетті, енді осы айтылғандарды принциптік схема түрінде көрсетейік. Бұл, яғни биполяр транзистордың ортақ базалы, ортақ эмиттерлі, ортақ коллекторлы жалғастырылуларының әр түрлі жағдайлары берілген. Осы схеманы пайдланып, әр түрлі жартылай өткізгішті приборлар үшін биполяр транзисторлардың қолданылуын түсіу қиын емес.
2.2.10-сурет. Биполяр транзистордың жұмыс істеу режимінің схемалық түрі.
2.2.11-сурет. Транзистордың екі валентті схемасы
Биполярлық транзистор немесе транзистор деп электр тербелістерін күшейту мен генерация жасауға арналған және үш облыстан тұратын кремний пластинасы болып табылатын екі р-n ауысуы бар шала өткізгішті аспапты айтады. Екі шеткі облыстың әрқашан бірдей текті өткізгіштігі бар, ал ортадағы облыс қарама-қарсы түрдегі өткізгіштікте болады. Шеткі облыстарының электрондық өткізгіштігі, ал ортанғысы-ның кемтіктік өткізгіштігі бар транзисторлар n-p-n үлгілік транзисторлар деп аталады ал, ортаңғысының электрондық өткізгіштігі барлар p-n-p- үлгілік транзисторлар деп аталады.
Екі үлгілік транзисторларға жүріп жататын физикалық процесстер өте ұқсас, олардың арасындағы айырмашылықтар мынада: олардың қоректендіру көздеріне қосылу полярлығы қарама-қарсы және де n-p-n үлгілік транзисторда –кемтіктер түзеді. p-n ауысулар бір-бірінен бөлінген шектес облыстар, эмиттер Э, база Б және коллектор К деп аталады.
Эмиттер заряд тасушыларды n-p-n үлгілік транзисторларда кемтіктерді шығаратын облыс болып табылады, коллектор-заряд тасушыларды жинап алатын облыс: база –ортанғы облыс,негіз.
Транзистордың жұмыс істеуі кезінде сол жақтағы p-n ауысуының тура бағыттағы эмиттер – база кернеуі беріледі, оң жақтағы p-n ауысуына кері база-коллекор кернеуі беріледі.
Егер эмиттер- база тізбегі ажыратылып тұрса және ондағы ток , ал коллектор мен база арасына кернеуі түсірілсе, онда коллектор тізбегінде, негізгі емес заряд тасушылардан қалыптасқан кішкентай кері ток жүріп жатады. Бұл ток белгілі дәрежеде температураға тәуелді болып, транзистордың параметрлерінің бірі болып табылады. Бұл ток қанша кіші болған сайын транзистордың қасиеттері жақсара түседі.
2.2.12-сурет.
n-каналы p-каналы n-каналы p-каналы
Транзистор электр тербелістерін күшейткіш ретінде жұмыс істеген кезде айнымалы кірістік кернеуді эмиттер мен база арасындағы тұрақты ығысу кернеуінің U көзімен тізбектеп қосып береді,ал шығыс кернеуі U жүктеме резисторынан R алынады. Ортақ эмиттер ОЭ схемасында кірістік кернеу көзі эмиттер – база тізбегіне қосылған, ал жүктеме P мен қоректендіру көзі эмиттер коллектор тізбегіне, сондықтан эмиттер кірістік және шығыстық тізбектеріне ортақ электрод болып табылады. ОЭ схемасының кірістік кедергісі ОБ схемасына қарағанда үлкен, себебі мұнда база тоғы кірістік ток болып саналады,ол эмиттер тоғы мен коллектор тоғынан әлдеқайда кіші болады. Бұл кедергі жүздеген Ом-ға жетеді.ОЭ схемасының шығыстық кедергісі үлкен және жүздеген килломға жету мүмкін. Бұл схемадағы ток бойынша күшейту коэффициенті коллектор кернеуі тұрақты болған кезде коллектор тоғы өсімшесінің база тоғы өсімшесіне қатынасы ретінде анықталады.
2.2.13-сурет. p-п-р типіндегі транзистордың статистикалық сипаттамасы
Ортақ эмиттер ОЭ схемасында кірістік кернеуді күшейткен кезде шығыстық кернеуінің фазасы жарты периодқа,яғни 180 –қа бұрылады:кірістік кернеудің Ом мәнді өсімшелері шығыстық кернеудің теріс мәнді өсімшелерін тудырады және керісінше болғанда Ом мәнді өсімшелерінен тудырады.
Ортақ коллекторы ОК схемасына кірістік кернеу көзі база тізбегіне, ал қоректендіру көзі мен жүкте кедергісі эмиттер тізбегіне қосылады. Кірістік ток болып база тогы, ал шығыстық- эмиттер тобы болып табылады. Осы схема үшін ток бойынша күшейту коэффиценті.
Схемасының кірістік кедергісі үлкен,ал шығыстық кедергісі аз болады. Схеманын кернеу бойынша күшейту коэффиценті,яғни бірге жақын; бұл схеманы көбінесе эмиттерлік қайталағыш деп атайды. Ол схемасы егер күшейту каскаттарын бірімен-бірін сигнал көзін немесе жүктемені күшейткішпен сәйкестендіру үшін пайдаланады.
Транзистордың сипаттамалары деп кірістік және шығыстық тізбектердегі токтар мен кернеулердің арасындағы тәуелділіктері айтылады. Транзистордың әр қиылы қосылу схемаларында кірістік және шығыстық тізбектері әр түрлі, сондықтанда әр бір қосылу схемасы үшін сипаттамалар әр параметрлердің тәуелсіздіктерін көрсетеді. Мысалы артық эмиттер ОЭ схемасының кірістік тізбек –база тізбегі болып табылады да, кірістік сипаттамасы ретінде эмиттер мен коллектор арасындағы кернеу тұрақты болған кезде база тоғының эмиттер база кернеуіне тәуелділігі алынады. База мен эмиттер арасындағы кернеудің кіші мәндерінде база тоғы p-n ауысуының үлкен кедергісіне байланысты жәйлап өседі, бұл кедергі ток өскен сайын кемиді. Коллектор кернеуі артқан сайын кірістік сипаттамалар оңға қарай ығысады.
2.2.14-сурет.Транзистордың вольт-ампер схемасы
Жұмыс облысында кернеуі коллектор тогына шамалы ғана әсер ететін шығыстық сипаттамалары көрсетіп тұр,себебі коллектор тоғы негізінен базаға инжекцияланатын кемтіктер санына тәуелді, яғни имиттер тоғына тәуелді. Биполярлық транзисторларр германий мен кремнийден жасалады.
2.2.15-сурет. P-n-p типіндегі германийлік транзистор құрылысының схемасы
Транзисторлардың электрондық шамдармен салыстырғанда мынадай артықшылықтары бар: қыздыру тізбегі жоқ, сондықтан схемасы ықшамдалынады және катодты қыздыру үшін қуат тұтылмайды,механикалық беріктілігі жоғары және жұмыс атқаратын мерзімі ұзақ,жұмыс істепкетуге әрқашанда дайын ауқымы мен массасы кішкентай,қоректену кернеуі төмен және пайдалы жұмыс коэффиценті аса жоғары.
2.2.16-сурет. Транзистордың құрлысының схемасы.
Транзистордың кемшіліктеріне оның жұмыс істеу режимінің қоршаған ортаның температурасына тәуелділігі,шығыстық қуатының шамалығы, артық жүктелеуге сезімталдығы, параметрлерінің бытыраңқы болуы, соның салдарынан бір типті жекеленген транзистордың арасында өздерінің параметрлері бойынша айтарлықтай өзгешіліктердің болуы кірістік және шығыстық кедергілері арасындағы елеулі айырмашылықтың болуы жатады.