16 Жартылай өткізгіштердің электр физикалық қасиеттері. Электронды-кемтіктік өткел. Электронды сұлбалардың көмекші, пассивті элементтері. Жартылай өткізгішті диодтар
жүктеу/скачать 114,44 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 16)Жартылай өткізгіштердің электр физикалық қасиеттері. Электронды-кемтіктік өткел. Электронды сұлбалардың көмекші, пассивті элементтері. Жартылай өткізгішті диодтар.
|
16 Жартылай өткізгіштердің электр физикалық қасиеттері. Электронды-кемтіктік өткел. Электронды сұлбалардың көмекші, пассивті элементтері. Жартылай өткізгішті диодтар 16)Жартылай өткізгіштердің электр физикалық қасиеттері. Электронды-кемтіктік өткел. Электронды сұлбалардың көмекші, пассивті элементтері. Жартылай өткізгішті диодтар. Жартылай өткізгішті диодтарға меншікті электрлік кедергісі бойынша өткізгішпен диэлектриктің аралығындағы қатты заттар жатады. Жартылай өткізгіштердің бөлме температурасындағы меншікті электрлік кедергісі -ден , өткізгіште , ал диэлектрикте аралықтарда болады. Жартылай өткізгіштерге кейбір химиялық материалдар,интерметалдық қосылыстар, тотықтар, сульфидтер, карбидтер және көптеген басқа да химиялық қосылыстар жатады. Жартылай өткізгіштер ретінде көбіне кремний мен германийді қолданады. Жартылай өткізгіштердің энергетикалық диаграммалары. Жеке атомның әрбір электронды қабықшасында анықталған энергетикалық деңгей болады. Кремний мен германийдің энергетикалық диаграммалары 1-суретте бейнеленген. Валенттік зонадан жоғары өткізгіштік зонасы немесе еркін электрондардың энергетикалық деңгейлерінің жиынтығы болып табылатын еркін зона орналасқан. Валенттік зона мен өткізгіштік зона аралығында тиым салынған зона бар. Электрон энергиясы электрон-вольтта (эВ) өрнектеледі. Электрон-вольт – бұл потенциалдар айырымы 1 В электрлік өрісте шапшаңдық алған электронның энергиясы.Жартылай өткізгіштің меншікті электрөткізгіштігі. Қоспасыз жартылай өткізгіштің электрөткізгіштігін меншікті деп айту қабылданған. Абсолют нөл (0 К) температура кезінде жартылай өткізгіштің барлық электрондары орбитада орналасады. Еркін электрондар жоқ. Зарядты тасымалдаушылар жоқ және оның электрөткізгіштігі нөлге тең. Жартылай өткізгіш диэлектрик сияқты болады. Қандай-да бір электрон, мысалы кремний электроны қосымша ΔW ≥ 1,12 эВ энергиясын алып, орбитадан кетеді, еркін электронға айналады, бір ковалентті байланыс толық емес болады. Ковалентті байланыста бір электронның болмауын кемтік деп атау қабылданған. Осы кезде электронын жоғалтқан атом оң ионға айналады. Кемтік p (positive сөзінен) әрпімен белгіленеді. Электрон n (negative сөзінен) әрпімен белгіленеді. Еркін электрон мен кемтіктіктің, яғни электронды-кемтіктік жұптың түзілу процесі заряд тасымалдаушылардың ионизациясы немесе генерациясы деп аталады. Электронды-кемтіктік жұптың жойылу процесі немесе кемтіктің еркін электронмен толықтырылуы рекомбинация деп аталады. Меншікті жартылай өткізгіш үшін ni=pi теңдігі дұрыс, мұндағы ni меншікті жартылай өткізгіштегі еркін электрондардың концентрациясы, pi меншікті жартылай өткізгіштегі кемтіктердің концентрациясы. Ферми деңгейі. T температура кезінде электронның қандай электрондық деңгейде болатынын табу ықтималдылығы Ферми-Дирактың таралу функциясы: мұндағы k=1,38•10-23дәрежесі Дж/К – Больцман тұрақтысы, T – Кельвинде өрнектелген абсолют температура, Wf (f астында жазылад) Ферми деңгейі деп аталатын энергетикалық деңгей. T=0 кезінде W>Wf деңгейлерін электронмен толтыру ықтималдылығы нөлге, ал Wр-п өткелдің сыйымдылығы. р-п өткелінде электрлік сыйымдылықтың екі түрі бар: тосқауылдық және диффузиялық сыйымдылық. Тосқауылдық сыйымдылық р-п өткелінің екі жағына орналасқан қоспа атомдардың теріс және оң иондарынан тұратын қос-қабат көлемдік заттармен анықталады. Диффузиялық сыйымдылық р-п өткеліне берілген тікелей кернеудің әсерінен р-п өткелінің екі жағында бейтарап тепе-теңдік бұзылған кезде пайда болған электрондар мен кемтіктердің шоғырлануынан туындайды. Электр тізбегінің элементтері. Электр тізбегінің элементтері активті және пассивті болады. Егер элемент жұмысын R - кедергі, L - индуктивтілік, c - сыйымдылық және M - өзара индуктивтілік параметрлері түсініктерімен сипаттасақ, онда бұл элемент – пассивті. Егер элемент жұмысын сипаттау үшін электр тізбегі шамалары (I - тоқ күші, U - кернеу,E - ЭҚК) түсініктерін қолдану қажет болса, онда бұл элемент – активті. Активті элементке барлық қоректендіру көздері және кейбір қабылдағыштар (аккумуляторлар, қозғалтқыштар және басқалары) жатады.Электронды сұлбалардың көмекші, пассивті элементтері. Электронды сұлбалардың көмекші және пассивті элементтеріне резисторлар, конденсаторлар, индуктивті катушкалар және трансформаторлар жатады.Резисторлар ∆T температурада, рұқсат етілген жұмыстық диапазонда анықталған R0 номиналды кедергімен, кедергінің номинальды мәннен ауытқумен (немесе қателікпен), Rш шашырау қуатымен және кедергінің температура коэффициенттімен сипатталады. Үлкен жиілікті аудандарда резистордың тұрақты ток кезіндегі эквивалентті сұлбасы (моделі) мынадай: R0 резисторға Rш қоршаған ортаның шығын кедергісі параллель, L өзара индуктивтілік тізбектей, ал оған c паразитті орналастырылған сыйымдылық параллель жалғанады.Конденсаторлар ∆t температурада, рұқсат етілген жұмыстық диапазонда C0 сыйымдылықтың анықталған номинальды мәнімен, номинальды мәннің қателігімен (сыйымдылықтың ауытқуымен), жұмыстық кернеуімен Uж , сыйымдылықтың температуралық коэффициентімен сипатталады. Конденсатордың шығын шамасы tgb шығынның тангенс бұрышымен немесе Q төзімділікпен (добротность) анықталады, ал шығынның тангенс бұрышы төзімділікке кері шама tgb=1/Q. Бұл шама диэлектриктің материалының шығынына және конденсатордың металдық элементтерінің шығынына байланысты. Конденсатордың эквивалентті сұлбасы мынадай: C0 конденсатордың өзіндік сыйымдылығына Rиз изоляция кедергісі параллель, ал оған тізбектей Rш шығын кедергісі және Lc индуктивтілік қосылады. Индуктивті катушка ∆t температурада, рұқсат етілген жұмыстық диапазонда L0 индуктивтіліктің нақты номиналды мәнімен, қателікпен (немесе қажетті индуктивті ауытқумен) және индуктивтіліктің температуралық коэффициентімен сипатталады. Катушкадағы шығын эквивалентті сұлбадан анықталады, ол екі параллель қосылған тізбектен құралған: біріншіде, L0 өзіндік индуктивтілік катушкадағы RL кедергінің шығынымен тізбектей қосылады және екіншісінде,CL өзіндік катушка сыйымдылығының Rc сыйымдылықтағы шығынмен тізбектей қосылады. Трансформатор дегеніміз бір кернеудегі айнымалы токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне түрлендіретін статикалық электрмагниттік аппарат. Жартылай өткізгішті диодтар. Жартылай өткізгішті диодтар деп бір электрлік өткелі және екі шықпасы бар жартылай өткізгішті аспапты айтады. Электронды-кемтіктік ауысуды алу тәсіліне байланысты жартылай өткізгішті диодтар екі түрге: жазық және нүктелік деп бөлінеді. Түзеткіш диодтар. Айнымалы токты түзетуге тағайындалған жартылай өткізгішті диодты түзеткіш деп атайды. Мұндай диодтар жазық болып табылады. ВАС түзеткіш диодтардың негізгі сипаттамасы болып табылады. Кремнийден жасалған диодтарға рұқсат етілген кері кернеуі 1000 ... 1500 В-қа, ал германийден жасалған диодтарға – 100 ... 400 В-қа жетеді. Кремнийлі диодтар – 60…+150ºС, ал германийлі диодтар – 60 …+85ºС температура кезінде жұмыс істей алады. Төменгі кернеулі түзеткіш құрылғыларда германийлі диодтар қолданылады. Стабилитрон. Жартылай өткізгішті стабилитрон деп электрлік тесілу режимінде жұмыс істейтін кремнийлі диодты айтады және кернеуді тұрақтандыруға арналған. Тағайындалуы – тұрақты кернеуді қамтамасыз ету. Стабилитрон шартты графикалық белгіленуі: Негізгі параметрлері: 1. Тұрақтандыру кернеуі Ucт ; 2. Дифференциалдық кедергі rдиф ; 3. Тұрақтандыру кернеуі температуралық коэффициенті мұндағы ∆t қоршаған ортаның температурасы.Туннельдік диод. Бұл р-п өткелі арқылы заряд тасмалдаушылардың туннельдік құбылыс кезінде өту механизмін пайдаланатын және ВАС-да дифференциалдық кедергісінің теріс мәндік облысы бар диод. Туннельдік диодтың шартты графикалық белгіленуі:Варикап. Бұл сыйымдылығын электрлік жолмен өзгертіп басқаруға болатын конденсатордың ролін атқаратын диодтардың түрі. Мұнда р-п өткелінің тосқауылдық сыйымдылығының кері кернеуге тәуелділігі пайдаланылады. Варикаптың шартты графикалық белгіленуі:Варикаптардың негізгі параметрлері : Cном номиналды сыйымдылығы. Kc жұмыстық кернеу интервалында сыйымдылық бойынша жауып кету коэффициенті. Q варикаптың сапалығы. СТК – сыйымдылықтың температуралық коэффициенті. U кері мах рұқсат етілген максималды кері кернеу. Pmax рұқсат етілген максималды тарайтын қуат. 17)Биполярлы және өрістік транзисторлар. Транзисторда өтетін процестер және транзистордың токтары. Транзистордың жұмыс режимі. Транзистордың қосылу схемалары: ОБ, ОЭ, ОК. Транзистордың статикалық сипаттамалары. Транзистордың күшейткіштік қасиеттері. Биполярлы транзисторлар.Биполярлы транзистор үш немесе одан көп шықпасы, екі p-n өткелі бар жартылай өткізгішті аспап болып табылады. Ол қуатты күшейтуге қабілетті. Транзисторлар электрлік тербелістерді күшейтуге және өндіруге, сондай-ақ электр тізбектерін коммутациялауға қолданылады. Биполярлы транзисторларды құрылымы бойынша (p-n-p және n-p-n типті), қуаты бойынша (төмен, орташа және жоғары қуатты), жұмыстық жиіліктері бойынша (төмен, орташа және жоғары жиілікті) және басқа да белгілері бойынша ажыратады. 1-суретте биполярлы транзистордың құрылымдық схемасы мен шартты белгілері көрсетілген. Кристалдың электрлік шықпасы бар ортаңғы бөлігі база (Б), бір шеті – эмиттер (Э), екінші шеті –коллектор (К) деп аталады. Эмиттер, база және коллектор аралығында эмиттерлік және коллекторлық өткел деп аталатын екі p-n өткелі бар. Транзисторда өтетін процестер және транзистордың токтары Транзисторларды тербелістерді күшейтуге қолдану үшін эмиттерлік өткел тура, ал коллекторлық – кері бағытта қосылады, сол кезде келесідей процестер ілесе жүреді: эмиттерлік өткелдің потенциальдық тосқауылы азаяды, зарядты тасымалдаушылар (кемтіктер) эмиттерлік өткел арқылы инжекцияланады, базадағы электрондар эмиттерге өтеді, содан эмиттерде Iэ ток пайда болады. Сонымен эмиттердегі ток едәуір кемтіктік құраушыдан және азғантай электрондық құраушыдан туындайды:Iэ=Iэр +Iэп . Эмиттер тоғының Iэп электрондық құраушысы базалық шықпа арқылы тұйықталады, сондықтан база тоғының бір құраушысы болып табылады, бірақ p-n-p типті транзистор үшін қажетсіз, себебі басқарылатын коллектор тоғын жасауға қатыспайды. Бұл құраушысы аз болған сайын, инжекция коэффициентімен бағаланатын эмиттердің тиімділігі жоғары. Базаның қалыңдығы үлкен емес болғандықтан, базаның ауданында кемтіктердің көп емес бөлігі Iб база тоғын жасай отырып, рекомбинацияланады, қалған кемтіктер диффундируя коллектор бағытына қарай ығысып, коллекторлық өткелдің күшті электрлік өрісінің әсеріне түсіп, коллекторлық ауданға өтеді (бұл процесс экстракция деп аталады), сөйтіп Ik коллекторлық ток жасалады. Эмиттерден коллекторға өткен кемтіктерді анықтау үшін базадағы тасымалдаушылардың тасымалдау коэффициенті қолданылады: Транзистордың жұмыс режимі Эмиттерлік және коллекторлық өткелдерге сыртқы кернеу берген кезде келесідей жұмыс режимдері болуы мүмкін:1.активті режим, ЭмитӨткел> 0, КоллекӨткел<0 болғанда, 2.бөліп тастау режимі, когда ЭП < 0, КП < 0 болғанда, 3.қанығу режимі, ЭП> 0, КП> 0 болғанда, 4.инверстік режим ЭП < 0, КП> 0 болғанда. 18)Транзисторлардың h-параметрін анықтау. Электр өрісімен басқарылатын және p-n өткелді өрістік транзисторлар. Оқшауланған тиекті МДЖ транзистор. Тиристорлар және оның классификациясы. Тиристордың параметрлері Транзистордың h-параметрін анықтау Транзистор сұлбаларын есептеу, талдау кезінде транзистордың эквивалентті схемасы мен оған арналған параметрлер жүйесіне сүйенеміз. Транзисторлардың физикалық параметрлер жүйесінің кемшілігі, олардың барлығы тікелей өлшене бермейді.h -параметрлер жүйесінде транзисторлардың параметрлері активті сызықты төрт-ұштының параметрлері сияқты анықталады. h-параметрлер жүйесінде тәуелді емес айнымалы ретінде кіріс тоғын (I1) және шығыс кернеуін (U2) қабылдайды. Сондай-ақ және де осыдан, біз h1 -кіріс кедергісі, h2-кері байланыс коэффициенті,h21 -токты беру коэффициенті,h22 - шығыстағы өткізгіштік деп аталатын төрт параметрді қысқаша тұйықталу режимінде (U2=0) және бос жүріс режимінде (I1=0) анықтаймыз. Электр өрісімен басқарылатын өрістік транзистор.Өрістік транзистор деп екі электрод арасындағы ток электр өрісімен қоздырылады да, ал осы токты басқару үшінші электрод арқылы жүзеге асырылатын үш электродты жартылай өткізгішті аспапты айтады. Оның жұмыс істеу принципі бір таңбалы ток тасымалдаушыларды қолдануға негізделген. Өрістік транзистор электр өрісімен басқарылады. Кіріс кедергісі өте жоғары болғандықтан сигнал көзінен ток пен қуат жұмсайды. Өрістік транзистордың екі түрі бар: p-n өткелді транзистор және оқшауланған тиекті өрістік транзистор. Соңғы транзистор индукцияланған және қондырылған каналды болып тағы екіге бөлінеді де, құрылысына сәйкес МДЖ транзистор деп те аталады. p-n өткелді өрістік транзистор.Транзистордың бұл түрі бір ғана p-n өткелінен тұрады. p-n өткелді өрістік транзистордың қарапайым құрылысы 2,а - суретте келтірілген: негізгі n кремний кристалын екі жағынан p аймағы, яғни тиек қапсыра қоршап тұр. Олардың ортасында n аймағы канал деп аталады да, оның ток тізбегі жалғанған екі шетінің бірі – бастау, екіншісі құйма деп аталып, токтың шығу және жиналу көздерін көрсетеді. p-n өткелді өрістік транзистордың жұмыс істеу принципі мынадай. Тиекке теріс кернеу беретін болсақ, онда кәдімгі p-n өткелінің кері қосылуындағы оның ені арта түседі. Өткел аумағында жылжымалы заряд бөлшектерінің болмайтындығын ескере отырып, оны диэлектрикке балауға болады. Онда осы диэлектрик аймағы каналдың енін екі жағынан қусыра қыса түсіп, оның ток өткізу қабілетін азайтып, басқаша айтқанда, оның кедергісін арттырады. Сонымен біз тиек кернеуінің арқасында канал енін өзгерте отырып, бастаудан құймаға ағатын ток күшінің шамасын реттеуімізге, басқаруымызға болады. Транзистордың басқару принципінің мәні осында.Ал енді құймадан ток алу үшін оған қандай бағытта кернеу түсіруіміз керек? Каналымыз n-типті болып, оның жылжымалы заряд тасушы электрондары болса, оған әрине оң полюсті кернеу беруіміз керек.Егер тиекте кернеу жоқ деп есептесек, онда түсірілген құйма кернеуінің арқасында p-n өткелі тағы да кері қосылады да оның енінің өзгеруі негізінен құйма тұсынан өтеді. Сонымен, тиек пен құйма кернеулерінің көмегімен канал енін өзгерте отырып, керегімізше құйма тоғының шамасын реттеуге, басқарумызға қолымыз жетеді. Жоғарыда тиек аймағына теріс полюсті кернеу беріледі деп есептедік. Ал оған оң бағыттағы кернеу түсірсек қалай болар еді? Бұл сұраққа жеңіл жауап беру үшін тиек – бастау аумағына мұқият зер салғанымыз жөн. Егер осы аумақты p-n өткелі деп қарап, оған тура бағытта кернеу түсірсек, онда транзистор кірісі тура бағытта қосылған диодқа айналады. Сондықтан да тиек – бастау аралығын тура бағытқа ығыстыратын кернеу бағытын өрістік транзистордың p-n өткелі түрінің жұмыс істеу қасиетіне қайшы келетін жағдай деп есептеймыз. Бұл транзистордың құйма-тиектік сипаттамасынан да көрініп тұруы керек. Өндірісте көп қолданылып жүрген p-n ауысулы өрістік транзисторлар қатарына мыналар жатады: КП101, КП103, КП201 және КП302, КП303, КП307, КП312, КП314, КП903. Ескерту: Белгілеулердің алдындағы КП әріптері «кремниевый полевой» деген сөздерді көрсетеді. Егер «К» әріпінің орнына «2» цифры тұрса, онда мұндай транзисторлар да кремнийден жасалынған, бірақ та олар арнаулы жағдайларда жұмыс істейтін транзисторлар қатарына жатады.Оқшауланған тиекті МДЖ транзистор.Жоғарыда МДЖ деген атау осы транзистордың құрылымымен көрсетеді дедік. Осыған орай, транзистордың құрылысын зерттейтін болсақ, ол металл, диэлектрик және жартылай өткізгіш қабаттарынан тұратынын байқаймыз. Көптеген жағдайда транзистор кремнийден жасалып, ал диэлектрик ретіне кремний тотығы қолданылады. Сондықтан да ертеректе МДЖ транзисторы МТЖ деген атпен де белгілі болған. МДЖ танзисторының бір түрі – индукцияланған каналды транзистордың құрылысы 4,а - суретте кескінделген. Енді осы транзистордың жұмыс істеу принципіне тоқталып өтейік.Тиекке ток көзінің теріс полюсі қосылса, түсірілген кернеудің әсерінен тиектің астындағы электрондар одан алшақтай түседі. Табан ретінде пайдаланылған n - текті жартылай өткізгішінде кемтіктер аз болғанымен олар баршылық та, түсірілген тиек кернеуінің әсерінен олар оған тартыла түседі. Кернеудің белгілі бір шамасына жеткенде, кемтіктер тиектің астын бастаудан құймаға дейін толық жабады да, олардың арасында белгілі бір жол ашылғандай болады. Енді бастау мен құйманың аралығына құйма кернеуін беретін болсақ, онда осы электродтардың арасында ток жүре бастайды.Бастапқы кезде болмаған каналдың кейіннен, тиек кернеуінің әсерінен пайда болуын, яғни индукциялануын өту үшін бұл транзистор индукцияланған каналды МДЖ транзистор деп аталады. Олардың өндірісте көп таралған түрлері мыналар: КП301, КП304, КП901, КП904, т.б. Бұлардың ішінде КП301, КП304 4,а - суретте көрсетілгендей p - каналды аспаптар болып табылады.Атына сәйкес бұл транзистордың каналы алдын ала қондырылып, технологиялық әдіспен арнайы жасалынады. Сондықтан да бұл транзистордың тиегіне кернеу түсірілмей жатып-ақ құйма тогының пайда болуы мүмкін. Оның үстіне тиекке кіріс кернеу беретін болсақ, онда n каналдан электрондар тасталынып, оның өткізгіштігі төмендейді де, құйма тогының шамасы азаяды; ал кернеу оң бағытпен түсірілсе электрондар жан-жақтан каналға тартыла түсіп, оны заряд тасушымен қанықтыра отырып, құйма тоғының шамасын арттырады. Сондықтан да бұл режимді байыту режимі деп, ал алдыңғысын кедейлену режимі деп атайды. Осы тұрғыдан алғанда индукцияланған каналды транзистор тек байыту режиміне ғана жұмыс істей алады. Қондырылған каналды МДЖ-транзисторының өндірісте жиі қолданылып жүрген түрлері: КП305, КП306, КП310, КП313, КП350. Оқшауланған тиекті өрістік транзисторлардың құймалық сипаттамаларының сыртқы түрі p-n өткелді өрістік транзистордың сипаттамасына ұқсас келеді. Оқшауланған тиекті өрістік транзисторлардың құйма тиектік сипаттамаларының өзара айырмашылығы 5-суретте индукцияланған және қондырылған каналды түрлеріне арналып салыстырмалық түрде көрсетілген. Өрістік транзисторлардың тағы бір түрі – статикалық индукциялық транзистор (СИТ). Оның ерекшелігі: тиек кернеуі тура түсіріліп, тиеккке ток берілсе, ол биполяр транзисторының режимінде, ал кері түсірілсе, өрістік транзистор режимінде жұмыс істей алуында. Бұл СИТ-тің әрі биполяр транзисторының, әрі өрістік транзисторларының артықшылықтарына ие болуына мүмкіндік береді. ТМД-да шығарыла басталған қуатты СИТ-тің өкілдері: КП698, КП801, КП802, КП926, КП931, КП934, КП946, КП948. жүктеу/скачать 114,44 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|