Коммерциялық



жүктеу/скачать 2,51 Mb.
бет1/11
Дата25.12.2022
өлшемі2,51 Mb.
#59516
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Ф.7.11-19


ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРҒЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ


Коммерциялық емес акционерлік қоғамы
«М.ӘУЕЗОВ атындағы Оңтүстік Қазақстан университеті»



«Ақпараттық технологиялар және энергетика» ЖОҒАРЫ МЕКТЕБІ
«АВТОМАТтандыру, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИялау және басқару»КАФЕДРАСЫ
6В07110 - Автоматтандыру және басқару білім беру бағдарламасының студенттері үшін «Электроника» пәні бойынша
ДӘРІСТЕР ЖИНАҒЫ

Шымкент – 2022


ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРҒЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН УНИВЕРСИТЕТІ
Автоматтандыру, телекоммуникациялай және басқару кафедрасы
6В07110 - Автоматтандыру және басқару білім беру бағдарламасының студенттері үшін «Электроника» пәні бойынша
ДӘРІСТЕР ЖИНАҒЫ

Оқу түрі: күндізгі

Шымкент – 2022
Құрастырушы: Есенбек А.С., «Электроника» пәні бойынша дәрістер жинағы – Шымкент: М.Әуезов ат. ОҚУ; 2022, 148 б.

Дәрістер жинағы «Электроника» пәнінің оқу жоспары және бағдарламасы талаптарына сәйкес құрастырылған және «Электроника» пәні бойынша қажетті барлық мәліметтер қамтылған.


Дәрістер жинағы 6В07110 - Автоматтандыру және басқару білім беру бағдарламасының студенттері үшін арналады.
«Автоматтадыру, телекоммуникациялау және басқару» кафедрасының мәжілісі («____» _____ 2022 ж. № хаттамасы),

© М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, 2022 ж.


Мазмұны

Кіріспе


Электроника - бұл вакуумдағы, газдағы, қатты заттағы электр тогының ағымына негізделген құрылғылардың жұмыс істеуінің, зерттелуінің, дамуының және қолданылуының физикалық негіздерін зерттейтін ғылым мен техниканың саласы. Мұндай құрылғылар: электронды құрылғылар (вакуумдағы ток), иондық құрылғылар (газдағы ток), жартылай өткізгіш құрылғылар. Қазіргі уақытта ең көп таралған жартылай өткізгіш құрылғылар.


Әр түрлі құрылғыларды қолданумен айналысатын электрониканың бір бөлігі өнеркәсіптік электроника деп аталады. Ол екі бағытқа бөлінеді:
1. Ақпараттық электроника - түрлі процестерді басқару мәселелерімен айналысады. Ақпараттық электроника құрылғыларына мыналар жатады: аналогтық күшейткіштер мен сигнал түрлендіргіштері, сигнал генераторлары, оптоэлектрондық құрылғылар, логикалық элементтер, сандық құрылғылар, микропроцессорлық жүйелер. Олар ақпаратты өлшеуге, өңдеуге, беруге, сақтауға және көрсетуге арналған.
2. Энергетикалық (күштік) электроника – электр энергиясының параметрлерін түрлендірумен айналысады. Энергетикалық электроника құрылғыларына мыналар жатады: түзеткіштер, инверторлар, жиілік түрлендіргіштері, кернеу реттегіштері.
Электрониканың дамуының басталуын 20 ғасырдың басында, 1904 жылы ағылшын Д.Флеминг алғашқы электронды шамды (диод) жасаған кезді жатқызуға болады. 1906 жылы диодқа басқарушы электродты енгізген американдық Л. Форест электрлік тербелістерді күшейтуге және шығаруға қабілетті триод алды.
30-шы жылдары электроникада қолдану мақсатында жартылай өткізгіш материалдарды белсенді зерттеу басталды. Бұл мәселені шешуге академик А. Ф. Иофф басқарған кеңестік физиктердің теориялық жұмыстары үлкен үлес қосты.
1948 жылы Американдық ғалымдар алғашқы жартылай өткізгіш күшейткіш - биполярлы транзисторды ойлап тапты. Осыған ұқсас туындыларды кейінірек Кеңес ғалымдары А.В. Красилов пен С.Г. Мадоян жасаған.
Электрондық шамдармен салыстырғанда айтарлықтай артықшылықтарға ие транзисторлар жартылай өткізгіш электрониканың қарқынды дамуына әкелді. Транзисторларды басып шығарумен бірге қолдану электр энергиясын салыстырмалы түрде аз тұтынатын шағын электронды құрылғыларды алуға мүмкіндік берді.
1957 жылы General Electric фирмасы тиристор құрды.
1958 жылы алғашқы өрістік транзистор пайда болды.
Электрониканың дамуындағы одан әрі серпіліс интегралды микроэлектрондық тізбектердің пайда болуымен мүмкін болды. Алғашқы интегралды схеманы 1959 жылы американдық Килби жариялады. Интегралды схема (ИС) – бұл электронды құрылғы, оның элементтері бір технологиялық циклде, яғни бір уақытта, бір негізде - субстратта жасалады. ИС өнеркәсіптік шығарылымы 60-шы жылдардың басында басталды. TTL логикасының алғашқы сандық интегралды чипі 1961 жылы пайда болды, алғашқы графикалық операциялық күшейткіш μA709 1964 жылы жасалды. Мұның бәрі-ақпараттық электрониканың дамуы мен электронды құрылғылардың микроминиатюризациясының қарқынды дамуы мүмкіндік берді. Бұл тенденциялар үлкен (БИС – 1969 ж.), содан кейін супер-үлкен (СБИС – 1975 ж.) интегралды схемалардың пайда болуымен одан әрі дамыды, бұл микроЭВМ-нің адам қызметінің барлық салаларына жұмыс істеуге және енгізуге мүмкіндік берді. Мұндай компьютерлердегі негізгі элемент микропроцессор- СБИС болды, оның құрамында бір кристалда жүздеген мың элементтер бар. Алғашқы төрт қатарлы микропроцессорды Intel 1971 жылы шығарды, ал келесі жылы - сегіз биттік.
Қазіргі уақытта интегралды схемалар мен дискретті жартылай өткізгіш құрылғылары заманауи өнеркәсіптік электроника құрылғыларының негізгі элементіне айналды. Олармен бірге резисторлар, конденсаторлар, дроссельдер қолданылады.

Дәріс 1. Электрондық схемалардың қосымша пассивті элементтері


Кез келген құрылғы белгілі бір функцияларды атқаратын бірнеше элементтерден тұрады. Элементтік базаны таңдау құрылғының функционалдық мүмкіндіктеріне, пайдалану шарттарына, сенімділік параметрлеріне, миниатюризациялау дәрежесіне байланысты.


Радиоэлектроника аппаратурасының (РЭА) құрамдас бөліктері екі принципиалды әтүрлі класқа бөлінуі мүмкін: пассивті және белсенді.
Пассивті элементтер - жұмысы сыртқы қорек көзіне тәуелсіз электр құралдары. Пассивті элементтерге конденсаторлар, резисторлар, индуктивтілік катушкасы, тарнсформаторлар жатады.
Белсенді элементтер - әрекет және мақсат приципімен ерекшеленетін электр құралдары. Олардың қызметі сыртқы қорек көзінен келетін энергияға байланысты. Белсенді элементтерге электр вакуумды құралдар (ЭВҚ), газ разрядты құралдар (ГРҚ), жартылай өткізгіш құралдар (ЖӨҚ) және интегралдық схемалар (ИС) жатады.

1.1 Конденсаторлар


Конденсатор - сыйымдылығын пайдалануға арналған электр тізбегі элементі. Конденсатордың негізгі қасиеті электр тогы энергиясын электр өрісіне айналдырып, оны жинақтауға қабілеттілігі болып табылады. Конденсатор диэлектрик қабатымен бөлінген астар немесе пластина деп аталатын екі электродтан тұрады. Конденсатордың негізгі параметрі – сыйымдылығы, сыйымдылық бірлігі – фарад (Ф).


Конденсатор параметрлері:

  • Конденсатордың электрлік беріктігі (номиналды және сынақ кернеуі мәнімен сипатталады);

  • изоляцияның кедергісі (диэлектриктің көлемді және беткі үлестік кедергісіне, сондай-ақ оның өлшеміне байланысты болады);

  • сыйымдылықтың температуралық коэффициенті:




мұндағы ΔC - температура өзгергендегі сыйымдылық өзгерісі At.



  • Конденсатордың меншікті индуктивтілігі (шығысы мен астарының құрылымымен анықталады);

  • Конденсатордағы шығын (диэлетрик шығынның тангенсті бұрышымен анықталады);

  • Конденсатордың габариттік өлшемдері;

  • Конденсатор массасы;

  • Қоршаған орта температурасының, салыстырмалы ылғалдылықтың, діріл және соққы жүктемесінің рұқсат етілетін мәні.

Конденсаторлар сыйымдылыққа және диэлектрик түріне байланысты жіктеледі.
1. Тұрақты сыйымдылық конденсаторлары:

  • Газ тәріздес диэлектрикпен - ауа, газ толтырылған және вакуумды; сұйық диэлектрикті;

  • Қатты бейорганикалық диэлектрикпен - керамикалық (төмен жиілікті және жоғары жиілікті), әйнек (әйнекті эмалды, әйнекті керамикалы, әйнекті қабықшалы), слюдалық, бейорганикалық қабықшадан жұқа қабатты;

  • Қатты органикалық диэлектрикпен - қағаз, қабықшалы (бейполярлық қабықшамен және полярлық қабықшамен), үйлесімді – қағаз-қабықшалы, органикалық синтетикалық қабықшадан жұқа қабатты (жұқа қабықшалы);

  • электролиттік (оксидті) - алюминді, танталды, ниобийлі, титанды.

Бұл конденсаторларды құрылымының типіне байланысты да жіктейді: сұйық, құрғақ, қатты (оксидті жартылай өткізгіш) және оксидті-металды.
2. Айнымалы сыйымдылықты конденсаторлар:

  • сыйымдылық мәнінің механикалық басқарылуымен, газ тәріздес диэлектрикпен (әуе, газ толтырылған, вакуумды), сұйық диэлектрикпен;

  • қатты диэлектрикпен (керамикалық, әйнек, пластмасса);

  • сыйымдылық мәнінің электрлік басқарылуымен – сегнетті керамикалық (вариконды) және жартылай өткізгіш (варикапты). Керамикалық конденсаторлардың құрылымының негізі – екі жағына метал төсемдер жабыстырылған керамикалық дайындама.

Төсемнің керамикамен жақсы бірігуін, баяу тозуын сыйымдылықтың температуралық тұрақсыздығы коэффициентінің аз мәні қамтамасыз етеді. Конденсаторлар термоөтемді, блоктау және ажырату мақсатында пайдаланылады. Керамикалық конденсаторлар жүзден мың пикофарадқа дейінгі сыйымдылыққа ие болуы мүмкін. Жұмыс температурасы 60-тан +155 °С дейінгі шекте болады. Керамикалық конденсаторлардың шығыны аз және оқшаулау кедергісі жоғары болады.
Әйнек конденсаторлар жоғары температура кезінде бірігетін жүқа қабықша түріндегі электродтар жабыстырылған сәйкес материалдың жұқа қабатынан тұрады. Әйнек конденсаторлардың ерекше қыры олардың жылуға жоғары төзімділігі болып табылады, оларды 150-ден 300°С дейінгі температурада пайдаланады. Әйнек эмальды конденсаторларда диэлектрик қызметін қалыңдығы бірнеше ондаған микрометр болатын әйнек эмальдардың жұқа қабаты атқарады. Жоғары электрлік беріктігінің арқасында шағын габаритті кезінде жоғары жұмыс кернеуі бар конденсаторларды алуға болады. Конденсатор сыйымдылығы мыңдаған пикофарадты құрайды. Әйнек конденсаторлардың шығыны аз, оқшаулау кедергісі жоғары болады.
Қағаз конденсаторлар жүздеген пикофарадтан микрофарад бірлігіне дейінгі сыйымдылыққа ие. Бірнеше қабатты арнайы конденсатор қағазымен оқшауланған фольганың екі ұзын, оралған таспасынан жасалады. Бұл конденсаторларды электрлік беріктігін, диэлектриктік өткізгіштігін арттыру үшін, тозуды азайту үшін арнайы құраммен ылғалдайды.
Металл қағаз конденсаторларының маңызды қасиеті болып тесіп өткеннен кейін электрлік беріктігін қалпына келтіру қабілеті табылады. Конденсаторларды тұйықтау, сүзгілеу, ажырату мақсатында пайдаланған дұрыс.
Қабықшалы конденсаторлардың диэлектрик ретінде түрлі материалдардан (полистирол, фторопласттан) жұқа қабықшасы, сондай-ақ лакталған қабықшасы болады. Оқшаулаудың жоғары кедергісіне, төмен абсорбцияға ие, 200°С дейінгі температурада жұмыс істейді. Лакталған қабықшалы конденсаторлар өлшем бірлігі ең үлкен сыйымдылыққа ие, астары металлизациялау әдісімен орындалады. Қабықшалы конденсаторларды кіші габаритті талап еткен жағдайда қағаз конденсаторлардың орнына қолданылады.
Электролиттік конденсаторлардың диэлектрик ретінде алюминий немесе тантал пластинасына төселген оксид қабықшаның жұқа қабаты болады, екінші электрод электролит болып табылады. Оксидтелген фольга - оң электрод, оксидтелмеген фольга (электролитке тығыз бекітіледі) – теріс электрод. Мыңдаған микрофарадқа дейінгі сыйымдылығы бар.
Айнымалы конденсатор сыйымдылығы пластинаның ортақ жабынының ауданы өзгеруі есебінен өзгереді. Мұндай конденсаторларда пластинаның бір тобын (статор) қозғалмайтын етіп жасайды, ал екінші тобына (ротор) айналмалы қозғалысты шоғырландырады.
Айнымалы сыйымдылықты конденсаторлардың параметрлері:

  • ең төмен және ең жоғары сыйымдылықтың номиналды мәні;

  • номиналды сыйымдылықтан ең төмен және ең жоғары сыйымдылыққа шекті ауытқу;

  • ротордың айналу бұрышы;

  • ротордың айналу бұрышының өзгеруінен сыйымдылықтың өзгеру заңы;

  • секциялар саны (роторлары бір оське бекітілген конденсаторлар саны).

Конденсатор принципиальды электр схемасында екі параллель сызық түрінде белгіленеді (1-сурет).



Сурет 1. Конденсатор принципиальды электр схемасы


Конденсаторды маркалау үшін әріптік-сандық код пайдаланылады. Сыйымдылықты маркамен белгілеу цр оның микрофарадтық мәніне, NF - нанофарадтық мәніне, PF - пикофарадтық мәніне сәйкес келеді. Егер белгілеуде әріп болмаса, сыйымдылық пикофарадпен берілген. Мысалы, 10μF = 10 мкФ, NF15 = 0,15 нФ, 22Н = 22 нФ, 2,2PF = 2,2 пФ, 104 = 100000 пФ = 100 нФ.


Құрылым мысалы ретінде К22-5 конденсаторын қарастырамыз. Бұл конденсатор әйнек керамикалық конденсаторға жатады, тұрақты, айнымалы, пульсті және импульсті ток тізбегіндегі жұмысқа арналған. Құрылымы бойынша К22-5 бір бағыттағы шығысы бар оқшауланған конденсатор болып табылады (2-сурет).



Сурет 2. К22-5 конденсаторының габаритті өлшемдері


Конденсаторлардың процессордің қоректік тізбегінде пайдаланылуын қарастырамыз. Конденсаторлар қоректік блоктан қоректің өзгеруінен және процессорға түйіндескен құрылғы қызметінен болған қоректік кернеу ұшқынын азайтуы керек.


Конденсаторларды пайдалану кезінде процессордың қызуын ескеру және конденсаторды қыздыратын шекті температураны таңдау керек. Процессордың қорек тізбегінде оксидті конденсаторлар пайдаланылады. Оксидті конденсаторға жоғары жиілікті құрамдастың (ондаған мегагерцке дейінгі) енуін болдырмас үшін процессордың шығынына тікелей жақындықта сыйымдылығы 0,033 мкФ болатын корпуссыз керамикалық конденсатор орнатылады, ал төмен жиілікті құрамдастан (жүздеген килогерцке дейінгі) кедергі ретінде сыйымдылығы 3,3...4,7 мкФ болатын керамикалық конденсаторды қосады.
Конденсаторлар қызған кезде корпустың істен шығуы және механикалық бұзылуы орын алады, бұл алдымен компьютердің «тежелуіне», одан кейін оның жұмысқа қабілетсіздігіне әкеледі.
Жүйелік тақтада ажыратқыш және сүзгілеуші конденсаторлар ретінде электролит конденсаторлар қолданылады. Ұзақ пайдалану кезінде электролит құрғайды. Ақаулы конденсаторлар үрленіп, «бөшке» тәріздес болуы мүмкін. Конденсатор корпусының жоғары бетінде арнайы айқастырғыш бар. ол конденсатордың тақтадан шығып кетуін болдырмауға арналған, ол қызған кезде консерві банкасы сияқты ашылады.

1.2 Резистор


Резистор - электр кедергісін қолдануға арналған электр тізбегінің элементі. Резистордың негізгі параметрі – кедергі, кедергінің бірлігі - ом (Ом).


Резистор параметрі:

  • таралудың шекті қуаттылығы (0,125-ден 100 Вт-қа дейін);

  • нақтылық класы (0,1-ден 20 %-ға дейін);

  • кедергінің температуралық коэффициенті:




vұндағы: ΔR - At температура өзгерген кездегі кедергінің өзгерісі;



  • паразитті сыйымдылық және индуктивтілік;

  • шудың жылылық коэффициенті;

  • резистордың габариттік өлшемі;

  • резистор массасы.

Резистордың мақсатына қарай оларды жалпы мақсаттағы және арнайы (прецизиялық, жоғары прецизиялық, жоғары жиілікті, жоғары вольтты, жоғары мегаомды) резистор болып бөлінеді.
Жалпы қолданыстағы резисторлар түрлі жүктеме, жұтқыш және қорек тізбегіндегі бөлгіштер ретінде, импульстер қалыптасу тізбегінде сүзгі, шунт элементтері ретінде пайдаланылады.
Прецизиялық және жоғары прецизиялық резисторлар пайдалану кезінде параметрлерінің жоғары тұрақтылығымен және үлкен нақтылықпен дайындалуымен (0,0005-ден 0,5%-ға дейінгі шекте) сипатталады. Олар негізінен өлшеу құралдарында, есепті шешуші құрылғыларда, есептеуіш техникада және автоматика жүйелерінде қолданылады.
Жоғары жиілікті резисторлар шағын меншікті индуктивтілікпен және шағын сыйымдылықпен сипатталады, жоғары жиілікті тізбектерде, кабельдерде радиоэлектронды аппаратура толқындарында біріктіргіш жүктеме, аттенюатор, бағыттағыш тармақтағыштар, антенна эквиваленттері ретінде пайдаланылады. Сымсыз жоғары жиілікті резисторлар жүздеген мегагерц және одан да көп жиілікте, ал жоғары жиілікті сымды резисторлар жүздеген килогерцке дейінгі жиілікте жұмыс істеуге қабілетті.
Жоғары вольтты резисторлар жоғары жұмыс кернеулеріне (бірліктен ондаған киловольтқа дейінгі) есептелген. Олар кернеуді бөлгіш, ұшқынды сөндіргіш, жұтқыш ретінде зарядты және разрядты жоғары вольтты тізбектерде қолданылады.
Жоғары мегаомды резисторлардың ондаған мегаомнан бірлік терраомға дейінгі номинальды кедергі диапазоны бар және шағын жұмыс кернеуіне (100...400 В) есептелген. Жоғары мегаомды резисторлар аз токты электр тізбектерінде, түнгі жарық құралдарында, дозиметрлерде және өлшеу аппаратураларында қолданылады.
Монтаж тәсіліне қарай аппаратурада тұрақты да, айнымалы да резисторлар баспалы және аспалы монтаж үшін, сондай-ақ микромодульдер мен микросхемалар немесе олармен үйкеліс үшін орындала алады. Аспалы монтажға арналған резистор шығыстары қатаң немесе жұмсақ, аксиалды не радиалды дөңгелек қималы сымнан немесе жапырақ тәріздес таспадан жасалуы мүмкін. Микросхемалар мен микромодульдер құрамында қолданылатын резисторларда, сондай-ақ ӨЖЖ-резисторларда шығыс ретінде олардың бетінің бөлігі пайдаланыла алады.
Сыртқы әсер факторларынан қорғау тәсіліне қарай резисторлар конструктивті оқшауланған, оқшауланбаған, бітеуленген және вакуумды болып орындалған.
Оқшауланбаған резисторлар (жабынды және жабынсыз) өз корпусының аппаратура шассиіне тиюіне жол бермейді. Керісінше, оқшауланған резисторлар айтарлықтай жақсы оқшауланған жабынға (лак, компаунда, пластмасса) ие және корпусымен шассиге немесе аппаратураның ток жүргізетін бөлігіне тиюге жол береді.
Бітеуленген резисторлар корпусы бітелген құрылымды болады, ол қоршаған ортаның оның ішкі кеңістігіне әсер етуіне мүмкіндік бермейді.
Резисторлық элемент материалына байланысты резисторлар келесі топқа бөлінеді: сымды жоғары үлестік кедергісі бар талшықты не құйма сымнан жасалған резистор элементті; металл-фольгалы оқшауланған негізге салынған белгілі бір конфигурациялы фольгадан жасалған резистор элементті.
Сымсыз резисторлар жұқа қабықшалы (қабат қалыңдығы – нанометр), қалың қабықшалы (қабат қалыңдығы – миллиметр үлесі), көлемді (қабат қалыңдығы – милиметр бірлігі).
Жұқа қабықшалы резисторлар диэлектрик пен металдан не металл оксидінің жұқа қабықшасынан, немесе металл құймасынан жасалған микрокомпозицияланған қабат түріндегі резистор элементті металл диэлектрикті, металл оксидті және металданған; пиролитті көміртек немесе бор органикалық қосылысты қабықшадан тұратын көміртекті, бор көміртекті өткізгіш элемент болып бөлінеді.
Қалың қабықшаларға резисторларға лак-күйе, керметті немесе пластмасса өткізгіш негізіндегі резисторлар жатады. Қалың қабықшалы резисторлардың резисторлы қабаттары графит не күл, металл не органикалық не бейорганикалық байланыстырғышты (смола, әйнек сыр), толықтырғышты, пластификаторлы және қатайтқыш металл оксиді секілді өткізгіш құрамдастардың механикалық араласуынан алынатын бірнеше фазадан тұратын гетерогенді жүйені (композицияны) білдіреді. Лайықты термоөңдеу жүргізгеннен кейін қажетті резисторлық параметрлер кешенімен гетерогенді монолитті қабат пайда болады.
Көлемді резисторлар органикалық және бейорганикалық байланыстырушы диэлектрик болуы мүмкін.
Қазіргі электроникада беткі монтаж танымал болып табылады, себебі оның бірқатар артықшылықтары бар. Беткі монтаж кезінде қолданылатын құрамдастардың бірі болып чип-резистор табылады. Чип-резистордың басты артықшылығы – шағын габаритті. Осының арқасында ауданның бір бірлігіне аспалы резисторларды пайдаланғанға қарағанда айтарлықтай көп чип-құрамдастар орналаса алады. Мұндай орналастыру нәтижесінде монтаж тығыздығы артады да, электронды құрылғы шағын болады. Сонымен қатар, чип- резисторлар басқа резисторлардан едәуір жеңілдігімен ерекшеленеді, сондықтан аппаратураның соңғы массасы бірнеше есе аз болады.
Чип-резисторлар көптеген есептеу техникасының құрылғыларында, шағын көлемді құрылғыларда кеңінен қолданылады. Олардың көлемі өте кіші болады. Резистордың майысқақ шығысы болмайды, резистор монтажы оның металданған бүйірін тақтаға резистордың типті өлшемі астынан екі байланыс алаңымен дәнекерлеу арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, 0603 типті өлшемді резистордың келесідей параметрлері болады: ұзындығы - 1,6 мм, ені - 0,8 мм, биіктігі - 0,45 мм. Чип-резисторлар 10 МОм-ға дейінгі номиналда шығарылады. Чип-резисторлардың нақтылығы 0,5- тен 5 %-ға дейін. Резистор принципиальды электр схемасында тікбұрыш түрінде белгіленеді (3-сурет).



Сурет 3. Резисторды принципиальды электр схемасында белгілеу


Резисторды таңбалау екі тәсілмен жүргізіледі: түрлі-түсті жолақпен және әріптік-сандық кодпен. Түрлі-түсті жолақты пайдаланған кезде кестелер кедергі номиналын анықтауға, ал түс кедергі ретін анықтауға қызмет етеді. Отандық резисторларды пайдалану кезінде келесі жүйе қолданылады. Е әрпі ом кедергіні белгілейді, К әрпі килоом кедергіні, М әрпі мегаом кедергіні белгілейді. Егер сан әріпке дейін тұрса, ол кедергінің тұтас бөлігін білдіреді, сан әріптен кейін тұрса, кедергінің бөлшекті бөлігін білдіреді. Мысалы: Е10 (R = 0,1 Ом), 10Е (R =10 Ом), 5Е1 (R = 5,1 Ом); К22 (R = 220 Ом), 1К3 (R = 1,3 кОм), 10К (R = 10 кОм); М20 (R = 200 кОм), 2М2 (R = 2,2 мОм).


Чип-резисторлар жүйелік тақтада және компьютердің сыртқы құрылғысында қолданылады. Корпусында номинал белгісі берілген. Бастапқы екі сан номиналды білдіреді. Үшінші және төртінші сан нөл санын білдіреді. Мысалы: 103 = 10000 Ом = = 10 кОм, 5 102 = 5 100 Ом = 5,1 кОм.
Чип-резисторларды қолдану схеманы миниатюрлеуге және оны өндіріс кезінде барынша технологияландыруға мүмкіндік береді, мұндай резисторлар үшін тақтада саңылау жасау қажет етілмейді, оларды тақтаға салынған байланыс алаңына дәнекерлейді. 4-суретте чип-резистор қолданылған компьютердің қатты дискісінің электронды бөлігінің баспа тақтасы көрсетілген.



Сурет 4. Қатты дискінің баспа тақтасы


1.3 Индуктивтілік катушкасы


Индуктивтілік катушкасы – индуктивтілігін қолдануға арналған электр тізбегінің элементі. Элементтің негізгі қасиеті болып электр тогы энергиясын магнитті өріс энергиясына айналдыра алу қабілеті табылады.


Индуктивтілік катушкасы мақсатына қарай төрт топқа бөлінеді: контур катушкасы, байланыс катушкасы, жоғары жиілікті дроссель, төмен жиілікті дроссель.
Құрылымдық белгісі бойынша катушкалар бірқабатты және көпқабатты; цилиндрлі, шиыршықты және тороидальды; экрандалған және экрандалмаған; өзекшелі катушка және өзекшесіз катушка болып бөлінеді.
Индуктивтілік катушкасы келесі негізгі параметрлермен сипатталады: индуктивтілік, нақтылық, беріктік, өзіндік сыйымдылық және тұрақтылық.
Индуктивтілік катушкасының негізгі параметрі – индуктивтілік, индуктивтілік бірлігі – генри (Гн).
Индуктивті катушкасының ең көп таралған типтерін қарастырамыз.
Бірқабатты катушкалар 1…500 кГц-ден көп жиілікте пайдаланылады. Орам біртұтас және еріксіз қадамды болуы мүмкін. Еріксіз қадамды бірқабатты катушкасылар жоғары беріктікпен (О = 150...400) және тұрақтылықпен сипатталады. Олар негізінен қысқа (КВ) және ультрақысқа (УКВ) талшықтар контурында пайдаланылады. КВ және УКВ гетеродинді контурларда пайдаланылатын жоғары тұрақты катушкалар 80…120°С дейін қыздырылған сымның маңызсыз бойынша орайды. Индуктивтілігі 15…20 мкГн-ден көп катушкалар үшін тұтас бірқабатты орам пайдаланылады. Тұтас орамға көшу мақсаты катушка диаметрімен анықталады.
Жалпы алғанда катушканың индуктивтілігі каркас өлшемі мен формасына, орам сымының диаметріне, айналым санына, орам тәсілі мен өзекше материалына байланысты болады.
Көпқабатты катушкалар қарапайым және күрделі болып бөлінеді. Қарапайым орам мысалы болып қатарлы көпқабатты орам мен «үйінді» орам табылады. Секцияланбаған көпқабатты катушкалар төмен тұрақтылықпен және өзіндік сыйымдылығының үлкендігімен сипатталады. Бұл катушкалар каркас қолданғанды талап етеді.
Жоғары жиілікті дроссель деп қорек тізбегінде сүзгілеу элементі ретінде қолданылатын индуктивтілік катушкасын атайды. Дроссель индуктивтілігі барынша үлкен, ал өзіндік сыйымдылығы кіші болуы керек. Жоғары жиілікті дроссель құрылымы бірқабатты немесе көпқабатты катушка түрінде орындалады.
Индуктивтілік катушкасын алуан түрлі радиоэлектроника аппаратурасында қолданады. Оның сапасы мен параметрлері құрылғы жұмысына үлкен әсер етеді. Индуктивтілік катушкасы берілген жиілікке тербелмелі контурларды баптау үшін (баптау катушкалары), электр тербелістерін бір контурдан екіншісіне беру (байланыс катушкасы), түрлі жиілікті электр сигналдарын тарату не шектеу үшін қызмет етеді.
Жоғары жиілікті дроссельдер тұрақты ток пен дыбыстық жиілікті ток үшін аз кедергіге, жоғары жиілікті ток үшін үлкен кедергіге ие. Дроссельдердің бұл типі кері байланыс тізбегіндегі радиоқабылдағыштарда жоғары жиілікті және дыбыстық жиілікті токты ажырату үшін, қорек тізбегінің сүзгісінде және параллельді қорек схемасында пайдаланылады. Индуктивтілік катушкасы принципиальды электр схемасында айналым ретінде белгіленеді (5-сурет).



Сурет 5. Индуктивтілік катушкасының принципиальды электр схемасында белгіленуі


1.4 Трансформатор

Трансформатор - кернеудің түрлі мәнін алуға арналған электр тізбегінің элементі. Трансформатор айнымалы кернеу берілетін бастапқы орамнан және түрлі электр тізбегін қоректендіретін екінші орамнан тұрады. Кернеуіне қарай трансформаторлар артатын және кемитін, жиілігі бойынша төмен жиілікті және жоғары жиілікті деп бөлінеді.


Трансформатор жұмысының принципі өздігінен индукциялау құбылысына негізделген. Айнымалы токтың алғашқы орамдағы өзгерісі магнитті ағын (өздігінен индукциялау ағынының) өзгерісіне әкеледі, сәйкесінше, өздігінен индукциялаудың ағынын ажыратқыш та (барлық айналымның өздігінен индукциялау ағынының жиыны) өзгереді, өздігінен индукциялаудың электр қозғалтқыш күші (ЭҚК) туындайды. Екінші орам индуктивтіліктің белгілі бір мәнімен айналымды білдіреді, өздігінен икдукциялаудың өзара ЭҚК (бастапқы орамдағы ток өзгерісінің жылдамдығына пропорциональ) туындайды, манитті ағын құрылады, ол өз кезегінде екінші орамда токты тудырады. Өздігінен индукциялаудың ЭҚК трансформатордың бастапқы орам тогына қарсы:



Өздігінен индукциялаудың ЭҚК қалыптастыруда маңызды рөлді магнитті материалдағы (магнитті өткізгіш) өзекше алады. Магнитті өткізгішінің магнит өткізгіштігі катушка индуктивтілігін арттыруға ықпал етеді. Магнитті өткізгіштері өзекті, қалқанды, сақиналы болады.


Қалқанды магнитті өткізгішті пайдалану кезінде трансформатордың барлық орамдарын бір катушкаға орналастырады, оны магнитті өткізгішінің ортаңғы өзегіне кигізеді. Өзекті магнитті өткізгішті пайдалану кезінде оның екі өзегінде екі катушка орнатылады. Қуаты аз, күшті, төмен жиілікті трансформаторларда қалқанды өзекше пайдаланылады, себебі бір катушканы қолдану құрылымды оңайлатып, магнитті өткізгіштің терезесін мыспен толтырудың максимальды коэффициентін алуға мүмкіндік береді. Өзекті құрылымды қуаттылығы орташа және үлкен трансформаторлар үшін қолданады, екі катушканың болуы жылу беру ауданын ұлғайтып, орамның жылу режимін жақсартады. Өзекті құрылымның артықшылығы – сыртқы әлсіз магнитті өрісінің болуы, себебі екі катушканың өрісі бір-біріне қарама-қарсы бағытталған. Ең кіші сыртқы өріс сақиналы өзекшелі трансформаторларды пайдалану кезінде болады.
Қалқанды және өзекті магнитті өткізгіштері құрылымы бойынша штампты және таспалы пластинадан жиналған болып бөлінеді. Таспалы магнитті өткізгішті трансформаторлық болатты бұрау және жабыстыру арқылы алуға болады. Катушка орнатуға қажетті кесіндіден кейін С-тәріздес өзекшелерді жасайды да, олардан қалқанды және өзекті магнитті өткізгіштерін жинайды. Магнитті өткізгіште минималды магнитті емес саңылау жасау үшін өзекшенің бүйірін катушкаға орнатқан соң ферромагнитті материалдан тұратын пастамен желімдейді. Егер саңылау қажет болса, екі өзекше арасындағы жіктің орнына қажетті қалыңдықтағы қағаз не картоннан төсем салады. Өзекшелердің таспалы құрылымы дайындау үдерісін механикаландыруға мүмкіндік береді. Бұл кезде өзекшені катушкаға орнату үдерісінің еңбек сыйымдылығы төмендейді, ал материал қалдығы азаяды. Беріктелген болат қолданған кезде таспалы өзекшелерді пайдалану трансформатор көлемі мен массасын қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл штампталған өзекшелерде магнитті күшті желісінің бір бөлігі прокат бағытына перпендикуляр өтетіндіктен орын алады. Бұл кезде болат шығыны өте көп болады. Таспалы өзекшелерде өріс желісі магнитті өткізгішінің ұзына бойынша прокат бағыты бойымен орналасқан.
Өзекшенің параметрлері:

  • магнитті күшті желісінің орташа ұзындығы;

  • магнитті өткізгіштің көлденең қимасының белсенді ауданы;

  • терезе ауданы;

  • магнитті өткізгіш массасы.

Трансформаторлардың массасы мен құны материалдың магнитті өткізгіштігіне байланысты. Магнит өткізгіш материалын таңдау кезінде үстеме магниттеуді, трансформатор қуатын, оның мақсатын ескеру керек. Орамның қызуы тек трансформаторда таралатын жиынтық қуатқа тәуелді емес, оны өзекше мен орам арасында таратуға, жылу беру шарттарына, оқшаулау материалының жылу шығаруына және орамның радиал қалыңдығына да байланысты. Сондықтан да орам қызуы төмендейтін индукция мәні болат маркасы мен желі тогының жиілігіне ғана байланысты емес, екінші орамнан алынатын трансформатор қуатымен байланысты болатын трансформатор өлшеміне де тәуелді. Трансформатор қызу температурасы қолданыстағы оқшаулау материалының шекті мәнінен аспайтындай етіп құрылуы керек. Керісінше болса, оқшаулау материалы тез тозып, оның тесілуіне және трансформатордың уақытынан бұрын істен шығуына әкеледі.
Оқшаулау келесі қасиеттерге ие болуы керек: қалыңдығы аз, жоғары тесерлік кернеулі, механикалық беріктігі, металл өткізгішпен жақсы ажыратылатыны, икемділігі, жоғары температура ұзақ әсер еткенде электр оқшаулағыш қасиеттерінің аз өзгеруі, лак мен қоспаларда ерімейтіндігі.
Трансформаторды есептеу кезінде өзекше материалының маркасы мен оның өлшемін, өткізгіш маркасын, оның диаметрін, орам айналысының санын, каркас пен орам құрылымын анықтайды.
Байланыстыратын трансформаторлар пайдалы ақпарат тасымалдайтын электр сигналдары кернеуінің деңгейін өзгеруге арналған. Олар ең төмен шығын мен ең төмен сигнал қателігі кезінде сигнал көздерін жүктемемен байланыстыруға мүмкіндік береді. Байланыстыратын трансформаторлардың ассортименті көп. Солардың бір түрі – кіріс трансформаторлары. Кіріс трансформаторлары төмен шығыс кедергілі сигнал көзін (микрофон, дыбыс түсіргіш) күшейткіштің кіріс кедергісімен байланыстыруға арналған. Кіріс сигналдарының деңгейі салыстырмалы түрде үлкен болмағандықтан, бұл трансформаторлар сыртқы магнит өрісі әсерінен қорғалуы керек. Кіріс трансформаторларды қолдану құрылғының шу сипаттамасын барынша жақсартуға мүмкіндік береді. Гальвандық шешім бар кезде трансформатордың бастапқы және екінші орамдары арасында микрофонның әр түрін пайдалануға болады.
Трансформаторлар компьютер блоктарында қорек кернеуін алу үшін (жүйелік тақта, дискжетек, қатты диск, кулерлер үшін), теледидарда түрлі модульдерге (кадрлық және жолдық орам, радиоканал модулі, түрлі-түстілік модулі, кинескоп тақтасы) арналған екінші кернеуге қолжеткізу үшін пайдаланылады.
Трансформаторларды сонымен бірге шығыс каскадтарында төмен жиілікті дыбыс күшейткіштернде де қолданады.

Бақылау сұрақтары:


1. Электрониканың негізгі элементтері қалай жіктеледі?
2. Конденсатор неге арналған?
3. Резисторлар қалай таңбаланады?
4. Индуктвитілік катушкасының қолданылу аймағы?
5. Трансформатордың қолданылу аймағы?
Дәріс 2. Жартылай өткізгіштердің негізгі қасиеттері

2.1. Жартылай өткізгіштердің металдардан және диэлектриктерден айырмашылығы


Электр тогын өткізу қабілетіне байланысты барлық материалдар өткізгіштер, диэлектриктер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Бұлардың электрлік қасиеттерін салыстырайық. Өткізгіштерде өте көп бос зарядты тасымалдаушы бөлшектер болады. Қатты өткізгіштердің көпшілігін металдар құрайды. Металдардың жоғарғы электр өткізгіштігі олардың кристалдық торының құрылымымен түсіндіріледі.


Металдарда барлық кезде өте көп еркін электрондар болады, олар оң зарядталған иондардан тұратын кристалдық тордың ішінде қозғалады. Заттардың электр өткізгіштігі еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясына n пропорционал, яғни олардың көлем бірлігіндегі санына. Алайда электр өткізгіштік n-нің мәнімен ғана анықталып қоймайды, еркін зарядта тасымалдаушылар, электр өрісінің әсерінен кристалдық тордың ішінде қозғалғанда, сол заттың торы тарапынан кездесетін кедергіге де тәуелді, яғни заттағы осы тасымалдаушылардың қозғалғыштығымен де анықталады.
Өткізгіште қоспаның аздаған мөлшері болуы еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясын елеулі шамада өзгерте алмайды, бірақ олардың қозғалғыштығына қатты әсер етеді. Металдардың кристалдық торының құрылымының, қоспаның болуының арқасындағы бүлінуі, әдетте электрондардың қозғалғыштығын едәуір азайтып жібереді. Сондықтан, мысалы таза мыстың өткізгіштігі, аздаған қоспасы бар мыстың өткізгіштігіне салыстырғанда едәуір жоғары болады.
Диэлектриктерде еркін зарядты тасымалдаушылар тіптен болмайды. Олардың барлық электрондары белгілі бір атомдармен байланысқан болады, және электронды атомнан бөліп алу үшін едәуір энергия жұмсау керек болады. Жылулық қозғалыстың әсерінен кейбір электрондар атомдардан бөлініп шығуы мүмкін, бірақ ондай электрондардың саны диэлектриктерде өте аз болады.
Диэлектриктердің электр өткізгіштігі негізінен онда бөгде қоспалардың барлығымен анықталады. Диэлектрикте, электронын жеңіл беретін бөгде атом болса, онда еркін зарядты тасымалдаушылар пайда болады, яғни олардың концентрациясын n арттырады. Сонымен, диэлектрикке қоспа ендіру әдетте оның электр өткізгіштігінің едәуір артуына алып келеді.
Жартылай өткізгіштер өткізгіштер мен диэлектриктердің аралық жағдайын алып жатады. Таза жартылай өткізгіштерде диэлектриктерден принципиалдық айырмашылығы жоқ. Себебі бұл екеуінде де еркін зарядты тасымалдаушылар жоқ, оларды пайда ету үшін (электрондарды атомдардан жұлып алу үшін) кейбір энергия жұмсау керек. Бірақ егер бұл энергия диэлектриктер үшін өте үлкен болса, ал жартылай өткізгіштер үшін ол аз шама.
Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі олардың тазалығына өте күшті тәуелді. Диэлектриктердегі сияқты, жартылай өткізгіштерде бөгде қоспалардың болуы, мысалы басқа элементтің аздаған атомының болуы, оның электр өткізгіштігін едәуір арттырады.

2.2. Жартылай өткізгіштердің меншікті кедергілерінің температураға тәуелділігі


Өзінің меншікті кедергісі ρ бойынша жартылай өткізгіштер металдармен (ρ = 10-7 – 10-8 Ом. м) және диэлектриктердің (ρ> 1∙ 108 Ом. м) аралығын ала жатады. Меншікті кедергі бағанасында, кейбір металдардың, жартылай өткізгіштердің және диэлектриктердің алатын орны 6 – суретте бейнеленген.





Сурет 6.

Алайда, меншікті кедергісі бойынша заттарды топтау едәуір шартты болып саналады, өйткені бірқатар факторлардың әсерінен (температура, сәулелену, қоспалар) көптеген заттардың меншікті кедергісі өзгереді, ал оның үстіне жартылай өткізгіштерде ол қатты өзгереді. Сондықтан, жартылай өткізгіштерді металдардан ажырату үшін жалпы белгілер бойынша қарастыру керек және алдымен температураға байланысты меншікті кедергінің тәуелділік сипаты бойынша. Жартылай өткізгіштерде температура өскен сайын меншікті кедергі азаяды (7 - сурет), ал металдарда температура артқан сайын меншікті кедергі артады (8 - сурет).
Енді температураның зттардың электр өткізгіштігіне әсерінің табиғатын қарастырайық.
Температура артқанда металдарда еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермейді, ал олардың қозғалғыштығы төмендейді, өйткені тордың түйіндерінде тұрған иондардың жылулық тербелісінің амплитудасы артады, осының салдарынан, электр өрісінің әсерінен қозғалатын электрондар ағынының шашырауы артады. Сондықтан, температура көтерілгенде металдардың өткізгіштігі төмендейді, ал төмендегенде – артады, және температура 0ºК-ге жақындағанда, яғни тордың түйіндерінде тұрған бөлшектердің жылулық тербелісі толық тоқталады, осы кезде кейбір металдардың электр өткізгіштігі секірмелі түрде кенет артады (төтенше өткізгіштік құбылысы).



Сурет 7. Сурет 8.


Енді температураның зттардың электр өткізгіштігіне әсерінің табиғатын қарастырайық.


Температура артқанда металдарда еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермейді, ал олардың қозғалғыштығы төмендейді, өйткені тордың түйіндерінде тұрған иондардың жылулық тербелісінің амплитудасы артады, осының салдарынан, электр өрісінің әсерінен қозғалатын электрондар ағынының шашырауы артады. Сондықтан, температура көтерілгенде металдардың өткізгіштігі төмендейді, ал төмендегенде – артады, және температура 00 К-ге жақындағанда, яғни тордың түйіндерінде тұрған бөлшектердің жылулық тербелісі толық тоқталады, осы кезде кейбір металдардың электр өткізгіштігі секірмелі түрде кенет артады (төтенше өткізгіштік құбылысы).
Температура ртқанда диэлектриктердің электр өткізгіштігі нашар өседі. Алайда, диэлектрикте еркін зарядты тасымалдаушылар пайда болу үшін қажетті энергия өте жоғары, сондықтан диэлектрикті қыздырған кезде, онда елеулі еркін зарядты тасымалдаушылар мөлшері пайда болғанша, оның термиялық бүлінуі басталады.
Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының сыртқы қабатының жеке электрондары, атомнан бөлінуге жеткілікті энергия қабылдап, онан бөлініп шығып, еркін электрондарға айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, ондағы еркін электрондардың саны артады және электр өткізгіштігі жоғарылайды.
Жартылай өткізгіштердің температурасы төмендеген кезде еркін зарядты тасымалдаушылар саны күрт төмендеп, төменгі температураларда оның өткізгіштігі іс жүзінде нольге тең болады. Жартылай өткізгіштерде, төменгі температураларда өткізгіштіктің жоқ болуы – металл өткізгіштерден жартылай өткізгіштердің тағы да бір сипатты айырмашылығы болып саналады және ол өткізгіштерде еркін зарядты тасымалдаушылардың пайда болуының жылулық табиғаты бар екендігін көрсетеді.
Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі температураға күшті байланысты. Бұл жартылай өткізгіште жасалған әртүрлі термо сезімтал құралдардың құрылысында пайдаланылады. Жартылай өткізгіштерде еркін зарядты тасымалдаушылар тек қана қыздыру арқылы пайда болмайды екен. Олар жартылай өткізгішке түскен сәуленің де әсерінен пайда болады. Сондықтан, жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі және де жарықталынуға күшті тәуелді.
Жартылай өткізгіштерде Менделеев кестесінің орта тұсындағы он екі химиялық элементтер жатады. Олар: бор (В), көміртегі (С), кремний (Si), германий (Ge), қалайы (Sn), фосфор (Р), мышьяк (As), сурьма (Sb), күкірт (S), селен (Se), телмур (Те), йод (І). Мұнан басқа үшінші топтағы элементтердің, бесінші топтағы элементтермен қосындысы, көптеген металдардың оксидтері мен сульфидтері, бір қатар химиялық қоспалар, кейбір органикалық заттар. Ғылым мен техникада ең көп қолданылатын жартылай өткізгіштерге германий Ge және кремний Sі жатады.
Жартылай өткізгіштер өзіндік (яғни қоспасыз) және қоспалы болып бөлінеді. Қоспалы жартылай өткізгіш өз ретінде донорлық және акцепторлық болып бөлінеді.

2.3 Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі


Өзіндік жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштік механизмін германийдің немесе кремнийдің монокристалының мысалында қарастыру қолайлы, оның құрылымының сұлбасы (бір жазықтықта) 9 – суретте бейнеленген.





Сурет 9
Себебі өте кең қолданылатын жартылай өткізгіштер Ge және Sі сыртқы электрондық қабатта төрт электроны болады, яғни олардың валенттілігі төртке тең. Мұндай элементтердің кристалдық торында (алмаз типті тор деп аталынатын) германийдің Ge немесе кремнийдің Sі әрбір атомы, бірдей қашықтықта орналасқан, көрші төрт атоммен қоршалған.


Атомның ең орнықты күйі, оның сыртқы электрондық қабатында сегіз электрог тұрған кезде екендігі белгілі. Сондықтан Ge және Sі атомдары электрондық қабаттарды сегіз электронға дейін толтырып, көрші атомдармен жалпы электрондық жұп құрайды (коваленттік байланыс).
Әрбір екі көрші атомдар екі ортақ электрондары (электрондық жұп) болады. Сонымен, әрбір атом сыртқы қабатында сегіз электроннан болады, олар бір мезгілде көрші атомдарға да жатады (9 -сурет). Алмаз типті торды шартты түрде жазық етіп бейнелеуге болады, өйткені мұнда да әрбір атом көрші төрт атоммен қоршалған. Төменгі температурада жартылай өткізгіштің кристалында барлық электрондар атомдармен байланысқан және еркін электрондары жоқ, яғни кристалл диэлектрик болып саналады. Жартылай өткізгіштің температурасын көтерген кезде кейбір электрондар атомнан бөлініп, жылжымалы күйге түсіп, оған кернеу түсіргенде, кристалда ток жасайды.
Бөлме температурасының өзінде жартылай өткізгіш кристалында жылжымалы электрондардың біраз сандары болады және температураның артуына байланысты олардың саны тез көбейеді. Германий Ge жағдайында, кремнийге Si қарағанда, атомнан электронды жұлып алу үшін энергия аз жұмсалады. Сондықтан таза германийдің Ge кедергісі, кремнийдікіне Si қарағанда едәуір аз (ρGe ≈ 0,5 Ом. м, ал ρSi ≈ 2 ∙ 103 Ом. м).
Атомнан электронды бөліп шығарған кезде атомның қабатшасында бос орын пайда болады, ол орынды «кемтік» деп атайды. Ортақ электрондары бар көрші атомдар, электрондармен үнемі алмасып тұратындықтан, бұл кемтік басқа электронмен толтырылуы мүмкін және бұл кезде енді басқа атомда бір электрон жетпей тұрады. Электрон үзіліп шыққанға дейін атом электрлік нейтраль болғандықтан, онда электронның жетіспеуі атомға оң заряд береді. Сондықтан, электронның бос орны – кемтіктің зарядын оң деп санайды. Бұл бос орын – кемтік – кристалл көлемінде үнемі және тынымсыз орын ауыстыруда болады, бұл заряды сандық жағынан электрон зарядына тең оң зарядтық осылай ауысып отырумен бірдей болады.
Сонымен, бос электрондар және кемтіктер кристалл бойынша, қандай да бір еркін электрон атом қабатшасындағы кемтікпен кездескенше, ретсіз орын ауысып отырады (бос орынға тап болғанша). Бұл кезде қозғалыстағы екі зарядты тасымалдаушылар жоқ болады: бос электрон және кемтік, яғни рекомбинация жүреді.
Әрбір белгілі-бір температурада жұптың пайда болуының «электрон-кемтік» (генерация) және олардың жойылуының (рекомбинация) аралығында динамикалық тепе-теңдік орнайды. Неғұрлым температура жоғары болған сайын, солғұрлым «электрон – кемтік» жұптары пайда болып, жартылай өткізгіш кристалында олардың бір мезгілде болуының саны артады.
Егер осындай кристалды электр тізбегіне қосса, онда оның ішінде электрондар, теріс полюстен оң полюске қарай реттеліп қозғала бастайтын болады. Өрістің әсерінен байланысқан электрондар да көбінесе өрістің күш сызықтары бойымен көрші атомдардан бос орындарға көше бастайды, ал бос орындар (кемтіктер) осы сызықтардың бойымен қарсы жаққа қарай орын ауыстыра бастайды.
Сонымен, өрістің әсерінен кемтіктер де оң зарядты алып жүре отырып реттелген қозғалысқа түседі. Шын мәнінде, бір жаққа тек бос электрондар мен байланысқан (валенттілік) электрондар орын ауыстыратындықтан, бос электрондарды бір жаққа қарай, ал оң зарядты тасымалдаушы кемтіктерді екінші жаққа қарай қозғалады деп санауға болады.
Бос электрон кемтікпен кездескенде олар рекомбинацияланады, сөйтіп олардың қозғалысы тоқталады. Бос электрон мен кемтіктің рекомбинацияға дейінгі орташа еркін жол жүру ұзындығы өте аз (0,1 мм-ден артық емес). Тынымсыз жылулық генерация жаңадан «электрон – кемтік» жұбының пайда болуына алып келеді, олар қайтадан зарядты тасымалдай бастайды. Сонымен, электр өрісінің әсерінен кристалда еркін зарядты тасымалдаушылардың үздіксіз реттелген қозғалысы жүреді, яғни ток ағады. Мұндай өткізгіштік өзіндік жартылай өткізгіштің өткізгіштігі деп аталынады.
Зоналық теория бойынша өзіндік жартылай өткізгіштің өткізгіштігі валенттік зонаның жоғары деңгейлерінен электрондардың өткізгіштік зонаға ауысуынан пайда болады. Бұл кезде өткізгіштік зонада ток тасымалдаушылардың бірнеше саны – зонаның түбіне жақын деңгейлерде орналасқан, электрондар пайда болады; валенттік зонаның жоғары деңгейлерінде бір мезгілде осынша саны бар бос орындар пайда болады, осының нәтижесінде кемтіктер пайда болады. Керісінше рекомбинация процесіне электронның өткізгіштік зонадан валенттік зонаның бір бос деңгейіне ауысуы сәйкес келеді.
Жеткілікті жоғары температурада өзіндік жартылай өткізгіштің өткізгіштігі барлық жартылай өткізгіштердің түрлерінде байқалады. Алайда, қоспасы бар жартылай өткізгіштерде, электр өткізгіштік өзіндік және қоспалы өткізгіштіктердің қосындысынан тұрады.

2.4 Қоспалы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі


Егер балқытылған таза германийге немесе кремнийге Менделеев кестесіндегі үшінші топтың элементтерінің атомдарының (Іn, Al, Ga, B және басқалар) аздаған мөлшерде қосса, мысалы Іn, онда қатайғаннан кейін Іn атомдары кристалдық тордың кейбір түйіндерінен орын алып, кристалдық құрамына енеді. In атомдары кристалда төрт көрші Ge атомдарымен ортақ электрондық жұп құрайды. Алайда индий Іn атомында сыртқы электрондық қабатта үш қана электрон болғандықтан, сегіз электроннан тұратын орнықты қабат құру үшін, оған бір ортақ электрон жетіспейді. Іn атомы жетіспейтін электронды көрші германийдің Ge атомынан қамтып алуы мүмкін. Сонда ол теріс зарядталады да, ал қандай да бір орында жылжымалы кемтік пайда болады.


Кристалл электронейтраль болып қала береді, бірақ ондағы теріс зарядталған In атомдары тормен байланысқан (локалданылған), ал оң зарядталған кемтіктер электр тогына қатысуы мүмкін (10-сурет).

Сурет 10.


Мұндай кристалдың өткізгіштігі негізінен кемтік болады, өйткені кристалда пайда болған кемтіктердің саны, аздаған қоспаны ендіргеннің өзінде (10-4 – 10-6 %), қоспасыз жартылай өткізгіштегі «электрон-кемтік» жұбының санынан едәуір көп болады.


Егер жартылай өткізгіште атомдары электрондарды қамтып алатын, Менделеев кестесіндегі ІІ топтағы элементтердің қоспасы болса, онда мұндай қоспаны р-типті қоспа деп атайды («позитив» - оң деген сөз) немесе акцепторлық (аламан) қоспа, ал кристалл р-типті жартылай өткізгіш деп аталынады.
р- типті жартылай өткізгіштерде негізгі электр өткізгіштіктің рөлін – жылжымалы зарядтардың негізгі тасымалдаушылары – кемтіктер атқарады.
Германий торына Менделеев кестесінің V тобының атомдарын ендірсе (As, Sв, Р және басқалар), мысалы мышьякты Аs, сыртқы қабатшадағы төрт электрон (қоспа атомының сыртқы қабатшасындағы бес электрондардың төртеуі) көрші төрт германий Ge атомдарымен ортақ электрондық жұптар құрады, және де әрбір атомда, соның ішінде мышьяк As атомында да, ортақ электрондардың арқасында сыртқы электрондық қабат орнықты болатын санға жетеді (сегіз электрон). Мышьяк As атомының бесінші сыртқы электроны «артық» болып қалады. Ол, басқа электрондарға қарағанда ядромен нашарырақ байланысқан, және де оны аздаған энергия шығындап, атомнан бөліп бос электронға айналдыруға болады. Бұл кезде мышьяк As атомы оң зарядталады (иондалады).
Сонымен, германий кристалының торына V топтың атомдарын ендірген кезде тордың түйіндерінде оң зарядталған «қозғалмайтын» қоспаның иондары және еркін электрондар пайда болады (11 сурет). Мұндай жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі негізінен электрондық болады. Бұл жағдайда кристалды n-типті жартылай өткізгіш деп атайды («негатив» - теріс деген сөз), ал қоспаны n-типті қоспа немесе донорлық (беремен) деп атайды.



Сурет 11.


n- типті жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігіне негізінен электрондар роль атқарады, өйткені онда тынымсыз «электрон-кемтік» жұбының жылулық генерациясы жүріп жатқанымен (таза жартылай өткізгіштегі сияқты), n-қоспадағы иондалу кезіндегі алынған бос электрондардың саны (жылжымалы зарядтардың негізгі тасымалдаушылары) едәуір көп болады. Оның үстіне n-типті жартылай өткізгіште кемтіктер, таза жартылай өткізгішке қарағанда азырақ, өйткені мұнда таза жартылай өткізгішке салыстырғанда, кемтіктердің электрондармен кездесу ықтималдығы жоғары (электрондар саны өте көп) және рекомбинация жігерлі өтеді.


Жартылай өткізгіш кристалында қоспаның атомдарын иондау үшін, жартылай өткізгіштің өзінің атомдарын иондау үшін қажет энергиядан да аз, энергия шығыны жұмсау жеткілікті. Сондықтан, температура көтерілген кездегі қоспасы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігінің өзгерісін бақылау көңіл аударарлық. Қоспасы жартылай өткізгіштің кристалының температурасы абсолют нольге жақын жерде диэлектрик болып келеді, өйткені мұндай жағдайда оның атомдарының электрондарының энергиясы минимал болады.
Төменгі температурада n-типті қоспаның атомдарына жататын электрондардың энергиясы, олар атомдардан бөлініп еркін болу үшін жеткіліксіз, ал р-типті қоспа атомдары электрондарды қамтып алмайды, себебі мұндай қамтып алу электрондар энергиясының артуымен қоса жүреді. «Электрон-кемтік» жұбының пайда болу үшін мұнан да үлкен энергия керек болғандықтан, мұндай жұптардың генерациясы тіптен жүрмейді, яғни жартылай өткізгіштердің өзіндік өткізгіштігі нольге тең.
Температураны біртіндеп көтерген кезде, n-типті қоспаның атомдарынан бөлінуге мүмкін болатын немесе р-типті қоспаның атомдары қамтып алатын жеке электрондар пайда болады, яғни температура артқан сайын, қоспаның барлық атомдары иондалып біткенше, тез өсетін электр өткізгіштік пайда болады. Басқаша айтқанда, жылжымалы зарядты тасымалдаушылар концентрациясы қоспаның атомдарының концентрациясына тең болғанша, бұл практика жүзінде 0º С-де алынады. Мұндай жағдайларда «электрон-кемтік» жұптары аздаған мөлшерде пайда болғанымен, олар өткізгіштікке мәнді әсер ете алмайды.
Сондықтан, қоспасы жартылай өткізгіштерді қыздырған кезде, металдардағы сияқты, жылжымалы зарядты тасымалдаушылар концентрациясы орташа температура интервалында, өзгермей қалады деп санауға болады. Бұл кезде қоспасы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі, металдардың өткізгіштігі сияқты, нашарлайды, өйткені өрістің әсерінен еркін зарядты тасымалдаушылардың реттелген ағынының, тордың жылулық тербелістерінің әсерінен шашырауының күшеюі есебінен, қозғалғыштығы азаяды.
Алайда жеткілікті жоғары температурада жартылай өткізгіштің өзіндік өткізгіштігі, «электрон-кемтік» жұптарының өте көп санының генерациялануы салдарынан сондай артып, енді оны қыздырған кезде еркін зарядты тасымалдаушылар концентрациясы тұрақты қалады деп санауға болмайды. Демек, қоспасы жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі кенет өседі. Көп жағдайда қоспасы жартылай өткізгіштердің кедергісінің төмендеуі, қыздыру кезінде 100 – 200º С-де басталады.
Жартылай өткізгіштің кристалына бір мезгілде акцепторлық және донорлық қоспа ендірсе, егер акцепторлық қоспа артық болса, онда кристалл р-типті, ал донорлық қоспа артық болса n-типті болып шығады. Мынадай жағдайда да болуы мүмкін, р-типті және n-типті қоспалар бірін-бір теңгеретіндей шамада ендірілген. Сонда, n-типті қоспаның атомдары иондалу кезінде пайда болған бос электрондар, р-типті қоспаның атомдары қамтып алып, «қозғалмайтын» n-типті атомның оң заряды, және р-типті атомның теріс заряды алынады, ал кристалдағы еркін зарядты тасымалдаушылар, қоспасыз жартылай өткізгіштегімен бірдей болады. Бұл құбылысты компенсация деп атайды. Мұндай жартылай өткізгіштің өткізгіштігі, қоспасыздығыдай аз болады.
n-типті жартылай өткізгіштердің өткізгіштігінің электрондық сипаты және р-типті жартылай өткізгіштердің өткізгіштігінің кемтіктік сипаты эксперимент жүзінде Холл эффектісін зерттегенде дәлелденеді. Холл эффектісі деп, ток жүріп тұрған жалпақ металл өткізгішті, пластинаға перпендикуляр магнит өрісін орналастырған кезде, оның ені бойынша екі шетінде потенциалдар айырымының пайда болу құбылысын айтады. n-типті жартылай өткізгіштегі бақыланатын холл потенциалдар айырымының таңбасы теріс ток тасымалдаушыларға, ал р-типті жартылай өткізгіштерде – оң тасымалдаушыларға сәйкес келеді.
Қоспалар тордың өрісін айнытады, кристалдың тыйым салынған зонасында орналасқан, қоспалық деңгейлердің энергетикалық сұлбасының пайда болуына алып келеді. Бұл қоспалық деңгейлер n-типті жартылай өткізгіштер жағдайында донорлық (12 сурет, а), ал р-типті жартылай өткізгіш жағдайында акцепторлық деп аталады (12 сурет, б).



Сурет 12.


n – типті жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның жоғарғы жартысына орналасса, ал p – типті жартылай өткізгіште – тыйым салынған зонаның төменгі жартысында орналасады. Температура артқан кезде жартылай өткізгіштердің екі түріндеде Ферми деңгейі тыйым салынған зонаның ортасына ығысады.


Егер донорлық деңгейлер валенттік зонаның төбесінен алыс орналаспаса, олар кристалдың электрлік қасиетіне мәнді әсер ете алмайды. Мұндай деңгейлердің өткізгіштік зонаның түбінен қашықтығы, тыйым салынған зонаның енінен едәуір аз болған жағдайда басқаша болады. Бұл жағдайда қалыпты температураның өзінде жылулық қозғалыс энергиясы, донорлық деңгейден өткізгіштік зонаға ауыстыру үшін жеткілікті болады (12-сурет, а). Бұл процеске қоспа атомынан бесінші валенттік электронды бөліп алу сәйкес келеді. Қоспа атомының бос электронды қамтып алуына 12 – суретте, аз электронның өткізгіштік зонадан бір донорлық деңгейге көшуі сәйкес келеді.
Акцепторлық деңгейлер кристалдың электрлік қасиетіне, егер олар валенттік зонаның төбесіне жақын орналасса мәнді әсер етеді (12 сурет, б). Кемтіктің пайда болуына электронның валенттілік зонадан акцепторлық деңгейге ауысуы сәйкес келеді. Кері процесс қоспа атомының төрт коваленттік оның көршілерімен байланысының үзілуіне және бұл кезде пайда болған электрон мен кемтіктің рекомбинациясына сәйкес келеді.
Температура жоғарылаған кезде токтың қоспалы тасымалдаушыларының концентрациясы тез өзінің қанығуына жетеді. Бұл, іс жүзінде барлық донорлық электрондар босап шығатынын немесе барлық акцепторлық деңгейлер электрондармен толатынын көрсетеді. Мұнымен бірге температура өскен сайын, тікелей валенттік зонадан өткізгіштік зонаға электрондардың көшуімен байланысты, жартылай өткізгіштің өзіндік өткізгіштігі басым бола бастайды. Сонымен, жоғары температурада жартылай өткізгіштің өткізгіштігі коспалық және өзіндік өткізгіштіктен тұрады. Төменгі температурада - өзіндік өткізгіштік басым болады.

2.5 р - n ауысуының қасиеттері


Екі бөліктен тұратын жартылай өткізгіштің кристалын алайық: оның біреуі р-типті қоспалы және екіншісі n-типті қоспалы болсын. Бұл екеуінің шекарасы р-n ауысуы деп аталынады.


Айталық, жартылай өткізгіштің бұл екі бөлігі енді ғана түйістірілсін (шын мәнінде бұл бір кристалдың екі бөлігі, оның біреуінде р-типті қоспа басым болады). Сонда бірден электрондары көп n-типті жартылай өткізгіштен электрондар, олардың саны аз р-типті жартылай өткізгішке ауысады, ал кемтіктер кері бағытқа қарай орын ауыстырады. Бұл электрондар мен кемтіктердің диффузиясы екі сұйықтармен немесе газдармен өзара диффузиясына ұқсас, бірақ бұл процестерден айырмашылығы, электрондар мен кемтіктердің диффузиясы өте жылдам өтеді.
Кемтіктер мен электрондар зарядтарды тасымалдамайтын болса, олардың диффузиясы кемтіктер мен электрондардың концентрациясы толығымен теңескенге дейін жүрер еді. Алайда, n - аймақтан р - аймаққа көшкен электрондар теріс заряд алып өтеді, сонда n - аймақ оң зарядталады, ал р – аймақ теріс зарядталады. Қарама-қарсы бағыттағы кемтіктердің диффузиясы да р – аймақты теріс зарядтайды, ал n – аймақты оң зарядтайды, яғни р - және n – аймақтары арасында түйісу потенциалдар айырымы пайда болады.
Пайда болған электр өрісі кері ауысуға алып келеді: кемтіктерді n – аймақтан р-аймаққа және электрондарды р-аймақтан n- аймаққа (13-сурет, а).



Сурет 13.


Шын мәнінде, р-аймақта тұрған еркін электрон хаосты қозғалыс кезінде ауысу қабатының А шекарасынан өтетін болса, онда өріс күштері n-аймаққа тартып алып кетеді. n – аймақта тұрған кемтіктер де сондай күйге ұшырайды. Ал р-аймақта тұрған кемтіктер АБ ауысу қабатына енетін болса, егер олардың кинетикалық энергиясы жеткіліксіз жағдайда өрістің әсерінен кері р-аймаққа тебіледі, сөйтіп олардың диффузиясын азайтады. АБ қабатынан n-аймаққа, тек жеткілікті кинетикалық энергиясы бар кемтіктер ғана өте асады (13-сурет, б). Бұл айтылғандар n-аймақтағы электрондарға да қатысты.
Сондықтан АБ ауысу қабатында, р-аймақтан n-аймаққа келетін кемтіктердің диффузиялық ағыны, АБ аймағындағы өрістің жасаған кемтіктердің қарсы ағынымен теңгеріледі (13-сурет, в). Бір мезгілде электрондардың да қарсы ағындары теңгеріледі.
13 – суретте көрсетілген процестерді айқынырақ түсіндірейік: а) р – және n – аймақтарының арасында жылжымалы тасымалдаушылар саны тіптен азайған, АБ қабаты пайда болды, онда барлық электр өріс шоғырланған; АО аймағында р-типті қоспаның иондары топталып тұр, ал БО аймағында n-типті қоспаның иондары топталып тұр; б) ауысу арқылы негізгі тасымалдаушылардың диффузиялық ағынының пайда болуының көрсетілуі, мұнда 1 - өрістің қарсы әсерін жеңе алмайтын электрондар мен кемтіктер, ал 2 - өрістің қарсы әсерін жеңуге жеткілікті энергиясы бар электрондар мен кемтіктер; в) АБ аймағындағы өрістің әсерінен ауысу арқылы негізгі емес тасымалдаушылардың ағынының пайда болуының көрсетілуі.
Қалыңдығы өте аз (бірнеше микроннан артық емес) АБ ауысу аймағында, жылжымалы зарядты тасымалдаушылар ұсталып тұра алмайды, сондықтан онда тек АО аймағында акцепторлық қоспаның иондары, ал БО аймағында донорлық қоспаның иондары шоғырланып қалады. Барлық электр өрісі А және Б беттерінің арасында жинақталады да зарядтарға конденсатордың өрісі секілді әсер етеді. Конденсатордан айырмашылығы, мұнда өрісті жасайтын зарядтар бет бойынша орналаспайды, олар А және Б аралығындағы барлық көлем бойынша орналасады.
АБ аймағының сыртында электр өрісі болмағандықтан, сол және оң жағындағы зарядтар хаосты қозғалысында оның шекарасынан кедергісіз өтіп кете алады, бұл туралы жоғарыда айтылды. Кемтіктердің кету және n-аймақтан электрондардың келу нәтижесінде пайда болған р – аймағындағы артық зарядтар АО қабатында шоғырланады, ал р – аймағының барлық қалған бөлігі электрлік нейтраль күйінде қалады. n – аймағына да осы қатысты. Жылжымалы зарядтар қалмаған АБ қабатының өте үлкен меншікті кедергісі болады, бұл кезде кристалдың қалған бөліктеріндегі кедергі аз болады. Бұл, р-n ауысуы бар кристалдың барлық электрлік кедергісі АБ қабатымен жасалынады.
р- n ауысуының пайда болуын энергетикалық зоналар арқылы түсіндіріп көрейік. р-n ауысуында негізгі зарядты тасымалдаушылардың тепе-теңдікте болуы, олардың күйлері бірдей деңгейде болғанда іске асады, ал бұл энергетикалық зоналардың иілуіне алып келеді (14-сурет).
Ауысу аймағындағы энергетикалық зоналардың иілуінің себебі, тепе-теңдік күйде р-аймағындағы потенциалдың n-аймағындағы потенциалдан төмен болуы.



Сурет 14.


Валенттік зонаның төменгі шекарасы электронның потенциалдық энергиясына Ерэ, ауысуға перпендикуляр бағытта жол береді (15-сурет, а). Кемтіктің заряды электронның зарядына қарама-қарсы, сондықтан олардың потенциалдық энергиясы Ерк, Ерэ-нің аз жерінде көп болады және керісінше (15-сурет, а).





Сурет 15.


Тепе-теңдік күйінде негізгі тасымалдаушылардың кейбір мөлшері потенциалдық бөгеттен өтіп кете алады, осының салдарынан ауысу арқылы аздаған ток Інег. жүреді (15-сурет, а). Бұл ток негізгі емес тасымалдаушылардың қарама-қарсы Ін.емес тогымен компенсацияланады. Ін.емес шамасы секунд сайын пайда болып жатқан негізгі емес тасымалдаушылардың санымен анықталады және потенциалдық бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді болмайды. Керісінше, Інег шамасы бөгеттің биіктігіне күшті тәуелді. Тепе-теңдік потенциалдық бөгеттің, екі Інег және Ін.емес токтары бірін-бірі компенсациялайтын, деңгейде орнығады.


Кристалға, плюсі р – аймаққа, ал минусы - n – аймаққа жалғасқан бағытта, сыртқы кернеу берейік (мұндай кернеу тура деп аталынады). Бұл р – аймақтағы потенциалдың жоғарылауына (яғни Ерк артады, Ерэ кемиді) және n-
Аймақтағы потенциалдың төмендеуіне (яғни Ерк кемиді, Ерэ артады) алып келеді (15-сурет, б). Мұның нәтижесінде потенциалдық бөгеттің биіктігі кішірейеді де Інег ток өседі. Ал ток Ін.емес іс жүзінде өзгермей қалады (жоғарыда келтірілгендей, ол бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді емес). Демек, қорытқы ток нольге тең болмай қалады. Потенциалдық бөгеттің төмендеуі түсірілген кернеуге пропорционал (ол еU-ға тең). Бөгеттің биіктігін төмендеткен кезде негізгі тасымалдаушылар тогы, демек, қорытқы ток, тез өседі. Сонымен, р – аймақтан n – аймақ бағытында ауысу ток өткізеді, оның күші түсірілген кернеу артқанда тез өседі. Бұл бағыт тура деп аталынады.
р-n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы 16 – суретте берілген. Тура кернеуде кристалда пайда болған электр өрісі негізгі тасымалдаушыларды аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ ауысу қабатының ені қысқарады. Демек, ауысу кедергісі де азаяды, бұл кернеу неғұрлым үлкен болған сайын, солғұрлым көп азаяды.



Сурет 16.


Сондықтан өткізу аймағындағы вольт-амперлік сипаттама түзу болып келмейді (16 – суретте оң тармақ).


Енді кристалға n – аймаққа плюс, ал р – аймаққа минус қосылатындай етіп кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп аталынады). Бұл потенциалдық бөгеттің көтерілуіне және негізгі тасымалдаушылар ток күшінің Інег кемуіне алып келеді (15-сурет, в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез жетеді (яғни кернеуге U тәуелсіз болып) және Ін. емес токқа тең болады. Сонымен n – аймақтан р – аймаққа қарай бағытта (кері ток) р-n ауысуы, негізгі емес тасымалдаушылар қамтамасыз ететін, әлсіз ток өткізеді. Тек өте үлкен кері кернеуде, ауысудың электрлік тесілуі арқасында, ток күші бірден арта бастайды (16 – суретте сол тармақ). әрбір р-n ауысуы, оның бүлінбей шыдауға қабілеттілігі болатын, өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады. 16 – суреттен көрініп тұр, р-n ауысуы тура бағытқа қарағанда, кері бағытта едәуір үлкен кедергіге ие болады. Бұл былай түсіндіріледі, кристалда пайда болған өріс кері кернеу қосылған кезде, аймақтар арасындағы шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері «тартып» алады, бұл тасымалдаушылары кеміген, ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес ауысудың кедергісі де артады.

Бақылау сұрақтары:


1. Жартылай өткізгіштердің энергетикалық деңгейлері қандай, метал мен диэлектриктен айырмашылығы неде?
2. Таза жартылай өткізгіштерде потенциалдық барьердің пайда болмауы не себепті?
3. Өзіндік және кірмелік өткізгіштік дегеніміз не?
4. Кемтік дегеніміз не?
5. Акцепторлық қоспаны қалай аламыз, қандай жартылай өткізгіш оған шикізат ретінде қолданылады?
6. Донорлық қоспаны қалай аламыз, қандай жартылай өткізгіш оған шикізат ретінде қолданылады?

Дәріс 3. Жартылай өткізгіш диодтар


3.1. Диодтың жұмыс принципі


Қазіргі жартылай өткізгіш құрылғылардың негізі кремний немесе германий болып табылады. Жартылай өткізгіш элемент электрондық құрылғыны жасауға жарамды болуы үшін оған қоспаны қосу керек. Қоспалары бар жартылай өткізгіштердің екі түрі бар: n - типті және p - типті. n типті жартылай өткізгішті алу үшін оған донорлық қоспа қосылады (мысалы, мышьяк, сурьма), ол атомаралық кеңістікте бос электрондардың пайда болуын қамтамасыз етеді, ал кристалдық торда донордың тұрақты оң иондарының саны бірдей болады. р - типті жартылай өткізгішті алу үшін оған акцептор қоспасы қосылады (мысалы, индий, галлий), ол а атомаралық кеңістікте бос тесіктердің пайда болуын қамтамасыз етеді, ал кристалдық торда бірдей теріс акцептор иондары пайда болады. Тесік - бұл электрон жетіспейтін жартылай өткізгіштің кристалдық торындағы орын. Оң ион - электронды жоғалтқан атом, ал теріс ион – электронды алған атом. Қатты денелерде атомдар қозғалмайды, өйткені олар кристалл торының түйіндеріне бекітілген.


n - типті жартылай өткізгіштерде теріс зарядталған бөлшектер – электрондар, ал p - типті жартылай өткізгіштерде оң зарядталған бөлшектер –тесіктер болады. Тесіктердің қозғалысы дегеніміз - электрондардың қозғалысы нәтижесінде электрондары жоқ жерлердің қозғалысы.
Жартылай өткізгіш диодтың негізі екі аймаққа ие жартылай өткізгіш кристалл негізінде құрылған екі қабатты құрылым болып табылады. Донорлық қоспа кристалдың бір аймағына (n - аймақ), ал екінші аймағына – акцептор (p - аймақ) енгізіледі. Жартылай өткізгіш диодтың құрылымы 17-суретте көрсетілген.



Сурет 17. Жартылай өткізгіш диодтың құрылымы


Әр түрлі өткізгіштігі бар екі аймақтың бөліну шекарасы p - n ауысу деп аталады. Қарама-қарсы диффузияға байланысты p - n арқылы тесіктердің (p - ден n - аймаққа) және электрондардың (n - ден p-аймаққа) жұқа қабатқа өтуі p-n ауысуына жақын тесіктер мен электрондардың рекомбинациясы (өзара өтемақы) жүреді (тесіктер электрондармен толтырылады). Нәтижесінде р - және n - аймақтар арасында таусылған қабат пайда болады, оның құрамында аз зарядты тасымалдаушылар бар. Электрондар n-аймақтан шыққаннан кейін, онда артық оң иондардың жалпы заряды әрекет ете бастайды, ол бос электрондарды кері тартып, олардың p-n-ге өтуіне кедергі келтіреді. Сол сияқты, тесіктер p - аймағынан шыққан кезде, онда артық теріс иондардың жалпы заряды әрекет ете бастайды, ол бос тесіктерді артқа тартып, олардың p-n-ге өтуіне кедергі келтіреді. Қоспалардың қозғалмайтын иондарының зарядтары өтелмейді және p - n түйіспесінің екі жағында да көлемді заряд аймағын жасайды – сурет 17. Бұл көлемді заряд потенциалды кедергіні құрайды. Заряд тасымалдаушыларының энергиясы бұл кедергіні жеңу үшін жеткіліксіз, сондықтан олардың диффузиясы тоқтайды.
Егер сыртқы кернеу жартылай өткізгіш диодқа оның оң потенциалы p-қабатына қосылатындай етіп қолданылса, онда тесіктер мен электрондар сыртқы кернеу көзі арқылы p-n ауысуына қарай жүреді. Потенциалды кедергі азаяды, зарядтардың шекарадан өтуі және олардың өзара өтелуі артады, сондықтан диод арқылы ток өтеді. Кернеу көзі n қабатына жаңа электрондар береді, ал p қабатында жаңа тесіктер жасайды.
Қарама-қарсы кернеу белгісімен электрондар кернеу көзінің оң потенциалына тартылады, ал тесіктер теріс болады, p-n ауысу аймағындағы потенциалды кедергі артады, зарядтардың шекарадан өтуі, демек, диод арқылы өтетін ток тоқтауы мүмкін.
Жартылай өткізгіш диод - бұл конденсатордың бір түрі: n және p аудандарын конденсатордың төсеніштері ретінде қарастыруға болады, ал p-n өтулерін плиталар арасындағы оқшаулағыш ретінде қарастыруға болады. Диффузиялық (тікелей қолданылатын кернеумен) және кедергі (кері кернеумен) диодтың сыйымдылығын ажыратыңыз. Жартылай өткізгіш диодтың сыйымдылығы – бұл оның негізгі қасиеті-бір жақты өткізгіштікке арналған қосымша. Көптеген жағдайларда бұл қасиет зиянды, өйткені ол диодтың жұмысын жоғары жиіліктерде, импульстік режимдерде нашарлатады және оның инерциясын анықтайды.
Электр тізбегіндегі диодтың бейнесі 18 суретте көрсетілген. р-қабатының шығуы анод (А) деп аталады. n-қабаттың шығуы катод (K) деп аталады.
Диодты қарапайым электр тізбегіне қосу 19, 20 суретте көрсетілген. 19 суретте диод өткізгіш болып табылады, сондықтан тізбекте токты шектейтін элемент болуы керек. Мұндай элемент Rn резисторы болып табылады. Ол арқылы өтетін Ток: : I=(U  Uпр)/Rн.Uпр0, сондықтан I=U/Rн; URн=IRн=U.
Диод кері қосылған кезде ол арқылы шамалы кері ток өтеді. Шағын токтардағы диодтар үшін кері ток ондаған nA болуы мүмкін, үлкен диодтар үшін ондаған mА болады. Диодты кері қосу схемасы 20 суретте көрсетілген. Ол үшін U=URн+Uобр, URн=IобрRн0, өйткені Iобр 0, сондықтан U=Uобр.
Көбінесе диод тізбекке қосылады, онда қолданылатын кернеу айнымалы болады. Бұл кернеулердің түрлері:
1. Синусоидалы, 21 суретте көрсетілген.
2. Тікбұрышты, 22 суретте көрсетілген.
3. Үшбұрышты.
4. Экспоненциалды.



Сурет 18. Сурет 19. Сурет 20.





Сурет 21. Сурет 22.


3.2. Диодтың вольтамперлік сипаттамасы


Диодтың қасиеттері оның вольтамперлік сипаттамасымен (ВАС) анықталады. Диодтың вольтамперлік сипаттамасы 23 суретте көрсетілген. Шамамен оны теңдеумен сипаттауға болады:


I=IO(e U/mт –1).


Мұндағы: I0 -кері ығысқан өтудің қанығу тогы (кері жылу тогы); U – p-n өтудегі кернеу; φt = kT/q – сыртқы кернеу болмаған кезде p-n өту шекарасындағы k потенциалдардың түйіспелік айырмашылығына тең жылу потенциалы; k =1,38 10-23 Дж/К– Больцман тұрақтысы; Т – абсолютті температура; q =1,6 10-19 кулон – электронның заряды; m - теориядан ауытқуды ескеретін түзету коэффициенті. Бөлме температурасында Т=300К, φt = 0,026 В.





Сурет 23.


ВАС-да екі тармақ ерекшеленеді: бірінші шаршыда орналасқан тік бұтақ және үшінші шаршыдағы кері тармақ. (1) теңдеу нақты диодтың сипаттамасын Алға бағытта және кіші токтар үшін жақсы сипаттайды (1) диодтың кедергісі сызықты емес. Сызықтық қарсылық жағдайында ВАС түзу сызық болар еді.


Нақты ВАС-ның тікелей тармағында өткір иілу бар, ол қуат кернеуімен сипатталады. Германий диодтары үшін қосу кернеуі шамамен 0,3 В, кремний үшін – шамамен 0,6 В.
Кері тармақтағы кері токтың мәні кернеудің кең диапазонында тұрақты болады. Кері кернеудің белгілі бір мәнінен асып кеткен кезде, Uпроб-дің бұзылу кернеуі деп аталады, p-n ауысуының электрлік бұзылуына сәйкес келетін кері токтың көшкін тәрізді процесі басталады. Егер осы сәтте ток шектелмеген болса, онда электр тогы жылуға айналады. Жылу сынамасы p-n ауысуындағы тасымалдаушылар санының өсуіне байланысты. Сонымен қатар, UобрIобр диодында бөлінетін қуат ауысудан кетуге уақыт жоқ, оның температурасы көтеріледі, кері ток өседі, сондықтан қуат өседі. Жылу сынамасы қайтымсыз, өйткені p-n өтуді бұзады.
Кез-келген диодтың бірнеше негізгі параметрлері бар:
- номиналды тікелей ток;
- максималды кері кернеу;
- кернеудің тікелей төмендеуі;
- тұрақты кері ток;
- максималды тікелей ток (ол үшін жұмыс режимі қарастырылған, мысалы, өткізгіштік уақыты).
Кремний диодтары басым, өйткені олар жоғары шекті Жұмыс температурасына ие (150°C-қа дейін 75°C германийден жасалған диодтар үшін), олар тікелей токтың жоғары тығыздығына мүмкіндік береді (60...80 А/см2 салыстырғанда 20... 30 А/см2), аз кері токтарға ие және үлкен рұқсат етілген кері кернеулерге ие (1500...2800 В). Алайда, кремний диодтары кернеудің тікелей төмендеуіне ие. Тікелей номиналды ток кезінде кернеудің тікелей төмендеуі upr арқылы белгіленеді. Uпр. Uпр=0,3...0,4 В германий диодтары үшін, Uпр=0,6...1,2 В кремний диодтары үшін.
Диодтың өнімділігі оған бөлінетін p=UI қуатымен анықталады. U және I белгілі бір ВАС нүктесіне жатады. Қуат жылуды анықтайды. Диодтың жұмыс бөлімі 7 суреттегі ВАС қалың сызықпен белгіленген. Егер диод жұмыс істемейтін ВАС учаскелерінде жұмыс істей бастаса, ол істен шығады. Жұмыс істемейтін учаскелерде қуат рұқсат етілгеннен асады, жылыту рұқсат етілгеннен асады. Қыздыру кезінде асатын болса, рұқсат етілетін, диод бұзылады. ВАС - тың температураға тәуелділігі 24 суретте көрсетілген.



Сурет 24.

Диодтармен тізбектердің жұмыс режимдерін қарастыру кезінде олар көбінесе идеализацияланған құрылғылар түрінде ұсынылады, олар алға бағытта идеалды өткізгіштер және қарама-қарсы бағытта идеалды оқшаулағыштар болып табылады. Идеалды ВАС 25 суретте көрсетілген.





Сурет 25.


Мақсаты бойынша диодтардың келесі түрлері бөлінеді:
1. Түзеткіш.
2. Импульсті.
3. Жоғары жиілікті.
4. Зенер диодтары мен стабисторлары.
Диодтар қуат пен жиілік қасиеттері бойынша да ерекшеленеді.

3.3. Түзеткіш диодтар


Түзеткіш диодтар бірнеше кГц дейінгі жиілік кернеулерінде және қуат кернеуінің бұралмаған фронттарында жұмыс істеуге арналған. Тікбұрышты кернеу үшін арналмаған. Түзеткіш диодтар үшін екі негізгі параметр қарастырылған:


1.Тікелей ток номиналды (орташа).
2. Кері кернеу максималды (лезде).
Диодтар 10 мА ... 1000А токқа шығарылады. Кері кернеу 10 В-тан бірнеше кВ-қа дейін. Қуатты диодтар үшін (ток > 10А) кері кернеу диод класымен анықталады. Диод класы - бұл класс санына көбейтілген 100 В. Класс саны 1-ден 20-ға дейін. Мысалы: Д50-12, мұнда 50 тікелей номиналды ток А; 12 - класы. Класс - бұл қуатты диодтар үшін қолданылатын және кері кернеуді сипаттайтын параметр. Қуатты диодтарда номиналды тікелей ток диодты радиаторға орнатқан кезде және ауа жылдамдығы 12 м/с болатын мәжбүрлі салқындату кезінде ғана рұқсат етіледі. Ауамен мәжбүрлі салқындатусыз (тек радиатор бар) рұқсат етілген ток номиналды токтың шамамен 30% құрайды. Қазіргі диодтарда келесі белгілер жиі кездеседі: ДХХХҮ немесе КДХХХҮ, мұндағы КД кремний диоды, XXX цифрлар, Y әріп. Бірінші сан диодтың көрінісі туралы айтады (түзету - 1,2). Әріп кері кернеуді анықтайды.
Екінші параметрлер:
1. Максималды кері ток Іобр.макс (ондағаннан ондаған мА-ға дейін).
2. Кернеудің тікелей төмендеуі Uпр (0,3...1,2 В).
3. Берілген жиіліктер қамтамасыз етілетін ең жоғары жұмыс жиілігі токтар, кернеулер және қуат.
4. Диодтың құлыптау қасиеттерін қалпына келтіру уақыты.
Кері кернеу қолданылған кезде Диод өткізбейді (немесе құлыпталады). Жабу - көшу қткізетін күйден өткізбейтін күйге. Тікбұрышты кері кернеуді қолданған кезде диод 26 суретте көрсетілгендей әрекет етеді. I интервал-тасымалдаушылардың резорбция уақыты, II интервал-кері токтың шығуы. Бұл диодтың тосқауыл сыйымдылығының болуымен байланысты. tв интервалы-қалпына келтіру уақыты, яғни өткізгіш күйден ВАC-қа кері токты орнату сәтіне өту уақыты. Диодтың жетілмегендігіне байланысты оның жұмысының шекті жиілігі шектеледі. Өте жоғары жиілікте диод өз функцияларын орындауды тоқтатады.

Сурет 26.


3.4. Жоғары жиілікті диодтар


Олар үшін бірдей параметрлер қарастырылған (негізгі және кіші), бірақ олар жоғары жиілікте жұмыс істей алады және қалпына келтіру уақыты аз (түзеткіштермен салыстырғанда). Олар үшін жиілікке байланысты тікелей ток графигі беріледі. График 27 суретте көрсетілген.





Сурет 27.


3.5. Импульстік диодтар


Жоғарыда қарастырылған диодтар үшін бірдей негізгі параметрлер қарастырылған және тағы бір маңызды екінші параметр - белгіленген уақыттағы импульстік ток берілген.


3.6. Зенер диодтары мен стабилиторлары


Зенер диодтарындағы ВАХ-ның жұмыс бөлігі-кері тармақ. Тікелей бұтағы осындай ретінде диодтар, ол сондай-ақ пайдаланылуы мүмкін.


Zener диодының ВАХ 27 суретте көрсетілген. Зенер диодтары үшін екі негізгі параметр көрсетілген:



Сурет 27.


Uст –з енер диодының тұрақтандыру кернеуі;


Іс.н - зенер диодының номиналды тогы.
Uст=3,3...170 В. Uст үшін пайызбен немесе вольтпен шашырау, сондай-ақ температура өзгерген кезде Uст өзгеруі көрсетіледі. Жанында қуаттылығы аз стабилитронов Іст.min=1...3мА, Іст.max=30mA. Іст.н қуатты зенер диодтарында бірнеше жүз mA бар.
Стабисторы - бұл стабилитроны, олардың пайдаланылады тікелей бұтағы ВАС. Стабистор ВАХ 28 суретте көрсетілген.



Сурет 28.


Мұндай ВАХ технологиялық түрде жасалады. Стабистор-токтың өзгеруімен тұрақты болатын кернеудің жоғары төмендеуі бар диод. Зенер диодтары мен стабисторлар қатарға қосылуы мүмкін, бірақ параллель емес. Олар тұрақтандырғыштар мен кернеуді шектегіштерде қолданылады.


Бақылау сұрақтары:

  1. р -п өтпенің тепе-теңдік күйі қалай қалыптасады?

  2. р-п - өтпедегі потенциалдық барьердің өзгеруі неге байланысты немесе өтпені кернеуге тікелей және кері қосқанда не өзгереді?

  3. Рекомбинация үрдісін түсіндірініз.

  4. Потенциалдық барьер (бөгеттік қабат) ені неге тең?

  5. Бір р-п - өтпеден тұратын құрылғы қалай аталады?

  6. Диодтың құрылысы.

  7. Нүктелік және жазықтықтық диодтардың айырмашылығы

  8. Арсенийлік, германийлік диодтардың жұмыс істеу температуралары.

  9. р-п - өтпенің вольмаперлік сипаттамасын сызыңыз.

  10. р-п - өтпедегі ойық түрлері.

  11. Көшкіндік ойық пен жылулық ойық пайда болу үрдістері

Дәріс 4. Биполярлық транзисторлар


4.1. Жалпы қағидалар


Биполярлы транзисторлар - бұл үш қабатты құрылымға негізделген құрылғылар. 29а, 29б суретте көрсетілген екі құрылым бар. транзистордың құрылымында үш ауыспалы өткізгіштік түрі бар үш аймақ бар. Аудандардың ауысу ретіне байланысты p-n-p - және n-p-n типті транзисторлар ажыратылады. Олардың екі p-n ауысуы бар. Басқа құрылымдары бар өріс транзисторлары да бар.





Сурет 29 а,б.


Транзистор - басқарылатын құрылғы. Басқарушы шығыс база Б деп аталады. базасы. Қалған екі шығыс эмиттер Э және коллектор К деп аталады. Басқару тізбегі база-эмиттер Б-Э ауысу болып табылады. Бұл ауысу диод болып табылады және ол арқылы ток тек диодтың өту бағыты бойынша өтіп кетуі мүмкін. Коллектор-эмиттер K-Э тізбегі басқарылатын тізбек болып табылады. B-Э өткелі арқылы токты К-E өткелі арқылы басқаруға болады.


Транзистордың жұмыс принципі 30 суреттің көмегімен түсіндіріледі.



Сурет 30.


Еб көзінің есебінен база-эмиттер (эмитенттік ауысу) ауысуы тура бағытта ығыстырылған, ал Ек көзінің есебінен коллектор-база (коллекторлық ауысу) ауысуы кері бағытта ығыстырылған. Негізгі база-эмиттер ауысу - бұл алға бағытталған диод. Коллектор - база ауысуы - бұл кері бағытта қосылған диод. База-эмиттер ауысудың алға қарай жылжуына байланысты n типті эмиттерден электрондар p типті базаға ауысады және база-коллектор ауысуда таусылған қабатқа қарай жылжиды. База аймағындағы негізгі емес тасымалдаушылар болып табылатын бұл электрондар таусылған қабатқа жетіп, коллекторлық ауысудың көлемдік заряд өрісі арқылы тартылып, транзисторда коллекторлық ток тудыратын Eк көзінің минусына ұмтылады.


Коллекторға қарай қозғалу процесінде p - типті базадағы электрондардың аз ғана бөлігі тесіктермен рекомбинацияланады. Оның дәлелә мынада: база әлсіз қоспаланған, яғни тесіктердің төмен концентрациясы бар және өте жұқа. Электрон базада рекомбинацияланған кезде қысқа мерзімді тепе-теңдік бұзылады, өйткені база теріс заряд алады. Еб негізгі көзінен тесіктің келуімен тепе-теңдік қалпына келеді. Бұл көз базадағы рекомбинацияны өтеу үшін тесіктерді жеткізуші болып табылады және бұл тесіктер транзистордың негізгі тогын құрайды. Базадағы негізгі токтың арқасында теріс зарядтың жинақталуы болмайды және база-эмиттер ауысуы алға бағытта ығыстырылады және бұл өз кезегінде коллекторлық токтың ағынын қамтамасыз етеді.
Егер коллекторлық тізбек бұзылса, онда барлық электрондар негізгі эмиттер тізбегінде айналады. Коллекторлық тізбек болған кезде электрондардың көп бөлігі коллекторға түседі.
Осылайша, транзистор - бұл токпен басқарылатын құрылғы. Коллекторлық ауысу арқылы электрондар ағынының олардың эмиттер-база өткелі арқылы ағынымен салыстырғанда азаюы база-эмиттер тогының берілу коэффициентімен сипатталады α=Iк/Iэ. Әдетте α=0,9...0.995. Коллектор тогының негізгі токқа қатынасы транзистордың қарастырылып отырған тізбегіндегі базалық токтың пайда болу коэффициенті деп аталады (ол жалпы эмиттері бар тізбек деп аталады). Бұл коэффициент һ21Э-ге тең. Ол һ21Э= Iк/Iб>>1-ге тең. Әдетте һ21Э =10 ... 300.
Физикалық тұрғыдан, зарядтардың екі түрі (электрондар мен тесіктер) транзистордың жұмысына қатысады, сондықтан оны биполяр деп атайды.
Тікелей бағытта ығыстырылған база-эмиттер қарастырған кезде біз тек осы өткелден өтетін электрондарды ескердік. Бұл тәсіл n типті эмиттер аймағы бос электрондардың көп мөлшерін қамтамасыз ету үшін өте көп мөлшерде шоғырланғандығымен негізделген. Сонымен қатар, базаның ауданы өте нашар легирленген, бұл аз тесіктер береді, сондықтан олар база-эмиттер өткелі арқылы токты қарастырған кезде оларды елемеуге болады.
Осылайша, транзистор күшейткіш болып табылады. Қуат тізбегіне байланысты ол ток, кернеу немесе қуат арқылы күшейтуді қамтамасыз ете алады. Ток, кернеу және қуат бойынша бір мезгілде күшейту мүмкін.
Электр тізбектеріндегі p-n-p және n-p-n типті транзисторлардың белгілері 31 а,б суретте көрсетілген.

Сурет 31 а,б.


4.2. Транзистордың негізгі параметрлері


1. Ток бойынша күшейту коэффициенті.


Әдетте жалпы база-эмиттер схемада h21Э күшейту қолданылады:

һ21Э = Iк/Iб>>1,


мұндағы Іб - базаның тогы; Iк -коллектордың тогы.


Транзистор -бұл 32 суретте көрсетілгендей түйін болып табылады, сондықтан.





Сурет 32.


Іэ=Іб + Iк.


Коллектор мен эмиттер токтары:


Ік/Іэ=α<1.


α және һ21Э байланысын табамыз.


=Iк/(Iб+Iк)=1/(Iб/Iк+1)=1/(1/h21Э+1)=h21Э/(1+h21Э)


- бұл 1-ге өте жақын. Сол сияқты біз табамыз:

h21Э=Iк/Iб=/(1-).


h21Э күшейту коэффициенті транзистор жұмыс істейтін жиілікке және коллектор тогына байланысты. Жиілігі жоғарылаған сайын h21Э төмендейді. Бұл оның инерциялық қасиеттерінің көрінуіне байланысты, негізінен коллекторлық ауысу сыйымдылығының болуына байланысты. Көптеген транзисторлар үшін кірістілік бірлікке тең болатын шекаралық жиілік көрсетіледі. h21Э коллектордың тогына тәуелділігі 33 суретте көрсетілген.


Қалыптыдан өзгеше кез-келген қосу кері деп аталады. Инверсия-таңбаны өзгерту. Транзистордың кері қосылуы 34 суретте көрсетілген. Сонымен қатар, h21Э қатты төмендейді және құрылғы басқарылатын болып қалса да, күшейткіш болуды тоқтатады.
2. Коллектор-эмиттер кернеуі максималды жұмыс Uke Max.
Өшірілген (үзілген) базада немесе 35 суретте көрсетілгендей қосылатын Rбэ кедергісінің соңғы мәні кезінде көрсетіледі. Үзілген базасы бар Uкэ Rбэ болған кезде Uкэ-ге қарағанда аз. Rбэ шамасы әдетте анықтамалықта көрсетіледі. Қазіргі уақытта 1500 В дейінгі кернеуге арналған транзисторлар шығарылады.



Сурет 33. Сурет 34. Сурет 35.


3. Коллектор тогы максималды шығу Iк max; коллектор тогы белгілі бір уақыт ішінде импульстік ток Iки > Iк max.


4. Транзистордың жиілік қасиеттері.
Ажыратыңыз: төмен жиілікті, орташа жиілікті, жоғары жиілікті және ультра жоғары жиілікті (микротолқынды). Сондай-ақ, импульстік немесе коммутациялық транзисторлар бар.
Белгілеу транзисторлар:
КТ ХХХ А,Б..., мұндағы ХХХ-сандар; А,Б… әріптері электр параметрлерінің ерекшеліктерін сипаттайды. Мысалы, КТ 908-импульсті, КТ 315-өте кең таралған. ГТ ХХХ - германий транзистор. Сандардың мәні неғұрлым көп болса, транзистордың жиілік қасиеттері мен қуаты соғұрлым жоғары болады. Транзисторлардың қасиеттерінің сандардың мәндеріне байланысты өзгеруі 1-кестені қолдана отырып суреттелген. Қазіргі уақытта белгілеуде төрт саннан тұратын транзисторлардың көп саны бар.

Кесте 1.





Қуаты
Рк жиілігі

Төменгі


Рк<0,3Вт

Орта


0,3Вт<Рк<3Вт

Жоғары


Рк>3Вт

Төменгі fгр<9МГц
101…199

401…499

701…799

Орта fгр<30МГц
201…299

501…599

801…899

Жоғары fгр>30МГц
301…399

601…699

901…999

4.3. Транзисторларды қосу схемалары


Кіріс және шығыс тізбегі үшін үш шығыстардың қайсысы ортақ екеніне байланысты транзисторларды қосудың үш негізгі схемасы бар: ортақ эмиттер, ортақ коллектор және ортақ база.


4.3.1. Ортақ эмиттер схемасы


Ортақ эмиттер схемасы жиі қолданылады. Схема 36 суретте көрсетілген.





Сурет 36.


Транзистордағы токтар мен кернеулердің өзара байланысы кіріс және шығыс сипаттамаларын белгілейді. Кіріс және шығыс сипаттамалары сәйкесінше 37, 38 суретте көрсетілген. Кіріс сипаттамасы бізге таныс диодтың вольт-амперлік сипаттамасын қайталайды. Шығу сипаттамасын суреттеу кезінде коллекторлық ауысу кері бағытта қосылған диод режимінде жұмыс істейтінін есте ұстаған жөн. Сондықтан шығу сипаттамасы - бұл бірінші квадрантқа берілген диодтың вольт-амперлік сипаттамасының кері тармағы. Шығыс сипаттамалары өте көп, өйткені олар негізгі токтардың әртүрлі мәндері үшін бейнеленген. Іб = 0 кезінде транзистор арқылы кері ығыстырылған коллекторлық өтудің Iк0 жылу тогы өтеді.





Сурет 37. Сурет 38.


Ортақ эмиттері бар схема h21Э=Iк/Iб. базасының кіріс тогының күшейту коэффициенті. Схема сонымен қатар кернеу мен қуат бойынша күшейтуді қамтамасыз етеді. Схема күшейту және кілт ретінде қолданылады.


4.3.1.1 Кілт ретінде жұмыс режимі


Кілт режимі аралық күшейту каскады, сигнал беру каскады, электромагниттік реленің қуат тізбегі ретінде қолданылады. Мұндай каскад интегралдық логикалық элементтердің негізі болып табылады.


Жұмысты түсіндіру үшін 39 суретте көрсетілген шығыс сипаттамалары қолданылады. А және В - мүмкін жұмыс нүктелері. А нүктесінде транзистор өшірілген (немесе кілт ашық), В нүктеде транзистор қосылған (кілт жабық). В нүктесін алу үшін базаның тиісті тогын қамтамасыз ету қажет.



Сурет 39.


А нүктесінде:

Uкэ=Uп-RкIко; Iк=Iко.


В нүктесінде:


Uкэ0,1В; Iк=(Uп-Uкэ)/Rк.


Есептеулерде, әдетте, Iко0, Uбэ0,6В и Uкэ0,1В мәндері ескерілмейді, транзистордың негізгі режимдегі жұмыс диаграммасы 40 суретте көрсетілген.





Сурет 40.


Әдетте транзистордың ашық күйінде электр тогы Iк орнатылады. Қажетті базалық ток Iб=Iк/h21Э базалық тізбекпен қамтамасыз етіледі


Iб =(Uб-Uбэ)/Rб.


Uбэ0,6В, онда


Rб=(Uб-0,6)/Iб;


Iк=(Uп-Uкэ)/Rк; Uкэ0,1В.


Себебі h21Э, температурадан, уақыттан, Iк мәндерінен өзгеруі мүмкін, содан кейін Іб база тогын артық орнатуға тура келеді. Нақты базалық токтың талап етілгеннен асып кетуін сипаттайтын қанықтыру коэффициенті туралы түсінік енгізіледі. Іб есептеу кезінде h21Эmin/(1,5...2). Саны 1,5... 2 бұл қанықтыру коэффициенті.


А және В нүктелеріндегі транзистордың жұмысы әдетте келесі терминдермен сипатталады:
А нүктесі - кесу күйі (коллектор тогы кесілген);
В нүктесі - қанықтыру күйі (транзистор толығымен ашық).
Күйден күйге ауысу секіріспен жүреді.

4.3.1.2 Транзистордың күшейту режимі


Транзисторда бөлінетін қуатты екі мүмкін режимде қарастырыңыз: негізгі және күшейткіш. Рк қуат графигі 38 суретте көрсетілген. Жүктеме сызығы транзистордың мүмкін жұмыс нүктелерін анықтайды. Негізгі режимде транзисторда шығарылатын қуат А немесе В нүктесіне сәйкес келеді, яғни әрқашан мүмкін болатын максималды қуаттан аз болады. Күшейту режимінде, жүктеме сызығында кез-келген жұмыс нүктелерінің болуы мүмкін болған кезде, Рк қуаты максималды мәнді қабылдай алады.


Күшейту режимінде, жалпы жағдайда, кіріс сигналы ауыспалы болуы мүмкін, мысалы, синусоидалы. База-эмиттер ауысу - бұл диодтың p-n ауысуы. Транзистордың кіріс тізбегі айнымалы ток сигналымен жұмыс істеуі үшін база-эмиттер тура бағытта жылжыту керек, яғни негізгі тізбекте тұрақты ток үшін жұмыс нүктесін орнатыңыз. Осы тұрақты токқа қатысты негізгі тізбекке күшейтілетін айнымалы ток сигналын беруге болады. Жалпы эмиттері бар транзисторды қосу схемасы және гармоникалық сигналды күшейту режиміндегі оның жұмыс диаграммалары сәйкесінше 41, 42 суретте көрсетілген.
мұнда Ісм - базаның ығысуының тұрақты тогы.



Сурет 41.





Сурет 42.


Базаның ығысуының тұрақты тогы коллектор тогының тұрақты компонентін анықтайды, бұл коэффициентке сәйкес Iк=Iбh21Э. күшейту режимінде мүмкін жұмыс нүктелері А жіне В нүктелерінің арасындағы жүктеме сызығында болады, сурет 43. Ығысу тогы транзистордың коллекторының жұмыс нүктесін тұрақты ток бойымен ток кесіндісінің ортасына шығаруы керек, ал коллектордағы кернеу осы ортадан қуат көзіне қарай да, жалпы нүктеге қарай да өзгеруі мүмкін.



Сурет 43.


1 нұсқа.
Схема 44 суретте көрсетілген.





Сурет 44.


Iсм=(Uпит-Uбэ)/Rсм


Схема қарапайым, бірақ айтарлықтай кемшілігі бар: тұрақты жұмыс нүктесі тұрақты емес. Rсм өзгерген кезде, мысалы, температураға байланысты, Ісм өзгереді. Iк=Iсмh21Э коллекторындағы жұмыс нүктесі h21Э транзисторының пайда болу коэффициентінің өзгеруіне байланысты өзгеруі мүмкін.


2 нұсқа.
Схема 45 суретте көрсетілген.



Сурет 45. Сурет 46. Сурет 47.


Ауыстыру тогын қатынас арқылы анықтауға болады


Iсм=Uпит/2Rсм.


Бұл схема әлдеқайда тұрақтылыққа ие. Қандай да бір себептермен базаның ығысу тогы өзгерген кезде коллектордың жұмыс нүктесі өзгереді. Коллектордан базаға кері байланыс тізбегі арқылы осы өзгерістерді азайтатын базалық тізбекке тиісті әсер етеді.


3 нұсқа.
Схема 46 суретте көрсетілген.
Бөлгіш Rсм1, Rсм2 салықтар әлеуеті базасын

Uб = Uпит Rcm2/(Rcm1+ Rcm2).


Әдетте, қуат көзінен Rсм1 және Rсм2 резисторларынан кернеу бөлгіші арқылы ток Ісм токынан үлкен ретті болады, яғни Iдел=Uпит/(Rсм1+Rсм2) 10Iсм - ге сәйкес келеді. Бұл жағдайда Uб базасының потенциалын транзистордың кіріс сипаттамасымен қажетті ығысу тогына сүйене отырып анықтауға болады. Бұл схема өте тұрақты. Схемада базаның потенциалы (жалпы нүктеге қатысты) көрсетілгендіктен, Rcm1, Rcm2 кедергілері өзгерген кезде олар бір уақытта өзгереді, олардың қатынасы аз өзгереді, сондықтан базаның потенциалы аз өзгереді, яғни ығысу тогы.


4 нұсқа.
Схема 47 суретте көрсетілген.
Бұл жұмыс нүктесінің жұмыс схемасы өте жоғары тұрақтылыққа ие. Транзистор арқылы бақыланбайтын жылу токтарының жоғарылауы Rэ резисторында құлдыраудың жоғарылауына әкеледі. Бұл құлау транзисторды бұзады, яғни бұл токты азайтады. Әдетте Rэ резисторының кедергісі ондағы кернеудің эмиттердің тұрақты тогынан төмендеуі uпит қорек кернеуінің 10% - нан аспайтындай етіп таңдалады.
Айнымалы ток сигналы Rэ – де құлау жасамау және Rк жүктемеде сигнал төмендетпеу үшін, Rэ резисторын Сэ конденсаторымен шунттайды, сурет 48. Келесідей ара қатынасы орындалуы керек:

Xс=1/maxCэ0,


мұндағы max=2fmax - күшейтілген сигналдың максималды жиілігі.


Осы өрнектен Сэ конденсаторының сыйымдылығы анықталады.


Тұрақты токтың ығысу тізбегі айнымалы кіріс көзіне әсер етуі мүмкін. Екінші жағынан, кіріс көзі, егер ол төмен болса, офсеттік тізбекті айналып өтуі мүмкін. Бұған жол бермеу үшін кіріс көзі мен ығысу тізбегі Ср1 бөлгіш конденсаторымен бөлінеді. Схема 49 суретте көрсетілген.



Сурет 48. Сурет 49


Шығыс тізбегіндегі тұрақты компонентті күшейтілген пайдалы ауыспалы компоненттен бөлу үшін Ср2 бөлгіш конденсаторы да қолданылады. Кернеу графигі 50 суретте көрсетілген.





Сурет 50.


4.3.2. Ортақ коллектор схемасы

Схема 51 суретте көрсетілген. Ортақ коллекторы бар тізбек эмиттер қайталағышы деп те аталады (Uэ эмитентіндегі кернеу Uб кернеуін қайталайды). Шынында да,





Сурет 51.


Uэ=Uб-Uбэ, Uбэ = 0,6 0, сондықтан Uэ-Uб.


Токтардың қатынасы:


Iэ=Uэ/Rэ; Iк=Iбh21Э; Iэ=Iб+Iк=Iб(1+h21Э).


Осылайша, схемада ток бойынша (1+h21Э) есе күшейту бар. Қажетті эмиттер тогын қамтамасыз ету үшін базалық Ток соңғы теңдеуден табылуы мүмкін


Іб = Іэ/(1 + һ21Э),


Яғни берілген Іэ алу үшін (1 + һ21Э) Іб базасының тогынан бір есе аз талап етіледі. Схема төмен жүктеме кезінде ток күшейткіші ретінде қолданылады. Ол кернеуді күшейтпейді (бұл кернеуді қайталаушы), бірақ ток пен қуаттың жоғарылауы бар.


4.3.3. Ортақ база схемасы


Схема 52 суретте көрсетілген. Токтардың қатынасы:


Iк=Iэ.

α жақын 1 болғандықтан, онда IкIэ. Соңғы теңдіктен бұл ток қайталаушысы екендігі шығады. Схема кернеу мен қуат бойынша күшейтіледі. Схема салыстырмалы түрде сирек қолданылады. Қолданудың бірі: аралық кернеудің көзі ретінде, сурет 53. Эмитент тогы:

Іэ = Uэ / Rэ.


Uэ және Rэ шамалары берілген және тұрақты, сондықтан Iэ=Iк=const. Яғни конденсатор тұрақты токпен зарядталады. Конденсатордағы кернеу.


Uc=(1/С) ic dt.


Іc=Iк=const болғандықтан, Uc=Iкt/С – түзу сызық. Конденсатордағы кернеуді нөлге дейін мерзімді төмендету үшін конденсаторға параллель қосылған қосымша транзистор кілті қолданылады.





Сурет 52. Сурет 53.


Бақылау сұрақтары:
1. Екі р-п - өтпеден тұратын құрылғы қалай аталады?
2. Биполяр транзистор типтері, жұмысы.
3. «Эмиттер», «База», «Коллектор» деп нені түсінесің?
4. п-р-п – типті транзистордың электрлік сұлбасы, параметрлері, ондағы негізгі құбылыстар.

Дәріс 5. Өрістік транзисторлар (униполярлы немесе каналды транзисторлар)


Биполярлы транзисторлар токпен басқарылады, өріс эффектісі транзисторлары кернеумен басқарылады. Өріс транзисторларының келесі түрлері бөлінеді: p-n түйіспесі бар өріс эффектісі транзисторлары; оқшауланған қақпасы бар өріс эффектісі транзисторлары.


5.1. р-n ауысуымен өрістік транзисторы


Оның құрылымы 39 суретте көрсетілген. Шығыстарын белгілеу: С-сток, З-затвор, И-исток. Диаграммадағы белгілеу 40 суретте көрсетілген. Бейнеленген-54 және 55 суреттерде транзистор p-n өткелі және n типті арнасы бар өрісік транзисторы деп аталады. Сток арқылы өтетін ток негізгі тасымалдаушыларға байланысты қалыптасады. n-каналда электрондардың есебінен пайда болады. Басқарушы тізбегі затвор-исток (С-И) болып табылады. Uзи көмегімен арнаның ені, оның өткізгіштігі, ол арқылы өтетін ток реттеледі. Өтудің p-n аймағында затворға теріс кернеу қолданылған кезде кемтікті қабат пайда болады (кері бағытта жылжытылған диод сияқты). Кемітілген қабат неғұрлым кең болса, электрондар истоктан ағып кететін канал тар болады, өйткені бос тасымалдаушыларсыз кемітілген қабат оқшаулағыш сияқты әрекет етеді.


Биполярлы транзистордан айырмашылығы, өріс транзисторы арқылы өтетін ток тек негізгі тасымалдаушылар арқылы түзіледі, сондықтан мұндай транзистор униполярлы деп аталады. Ол температура мен радиацияға аз әсер етеді, өйткені бұл факторлар негізгі емес тасымалдаушылардың концентрациясын анықтайды.
p-n өткелі мен P типті арнасы бар өрістік транзисторы 56 суретте көрсетілген.



Сурет 54. Сурет 55. Сурет 56.


5.1.1. p-n өткелі және n типті арнасы бар өрістік транзистордың кіріс және шығыс сипаттамалары

n типті арнасы бар өріс транзисторының сипаттамалары 57 суретте көрсетілген. Uзи=0 кезінде, Iс=Icнач=Imax; кезінде |-Uзи||-Uотс|, Iс=0. Мұнда Існач – бастапқы ағын тогы; Uотс - кесу кернеуі деп аталады. Uотс=(0,3...10)В, Існач=(1...20) мА. Затворға оң кернеуді беруге тыйым салынады, өйткені ЗИ ауысуында шығарылатын қуат (жылу) артады. Теріс басқару кернеуін қолданған кезде ЗИ арқылы кері ток елеусіз болады.





Сурет 57.


Шығу сипаттамаларында жүктеме сызығын да жүргізуге болады. Өрістік транзистордың басқарылатын шама Іс ток ағыны болып табылады. Ағын тогын басқару p-n өтуінің өткізгіштік бағытына кері белгісі бар Uзи беру арқылы жүзеге асырылады.


P-n ауысуы бар транзисторлардың түрлері: КП103-n типті каналмен, КП 302, КП 303, КП307 - p типті каналмен.
Өрістік транзисторлары күшейткіште де, негізгі режимдерде де жұмыс істей алады.

5.1.2. р-n түйіспесі бар өріс транзисторындағы кілт тізбегі


Схемасы мен диаграммалар 58, 59 суретте көрсетілген.


I күйі кілті ашық (транзистор өткізбейді). II күйі кілті жабық (транзистор жүргізеді). Мұндай кілтті конденсатордағы кернеуді кезеңмен төмендету үшін аратәрізді кернеу генераторында қолдануға болады.



Сурет 58. Сурет 59.


5.2. Оқшауланған затворлы өрістік транзисторы


Мұндай транзистордың құрылымы 60 суретте көрсетілген. Егер осы құрылымда оксид p-қабатына ауыстырылса, онда біз p-n ауысуы бар транзисторға ораламыз. 60 суретте көрсетілген құрылымы бар транзистор, МОП транзисторы деп аталады: M-металл, O-оксид, П-жартылай өткізгіш. Транзистордың ағылшынша атауы: MOSFET-Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor. П шығысы - бұл субстрат, яғни n-канал қабаты қолданылатын қабат. Субстраттың шығысы арна түрін көрсететін көрсеткімен жабдықталған. Әдетте субстрат көзге бекітіледі. Кейде бұл транзистордың ішінде жасалады. Оны қалдыруға болады және қосылмаған.





Сурет 60
Кірістірілген арналы және индукцияланған арналы МОП-транзистор бар. Кірістірілген n типті арнасы бар транзистор тізбегіндегі белгілеу 61 суретте көрсетілген. Мұндай транзистор КП 305X. Х - параметрлерді сипаттайтын әріп. Транзистордың P типті каналмен белгіленуі 62 суретте көрсетілген.





Сурет 61. Сурет 62.


МОП-транзистормен жұмыс істеу кезінде сақтық шараларын сақтау қажет. МОП-транзистордағы затворды оқшаулау мұндай транзистордың статикалық зарядтарға өте сезімтал болуына әкеледі, соның салдарынан затворда үлкен потенциал пайда болады және оқшаулау бұзылуы мүмкін. Сондықтан МОП транзисторларды уақытша секіргішпен жабылған терминалдармен бірге келеді. Транзистор тізбекке дәнекерленгенге дейін бұл секіргішті алып тастаған дұрыс. Кейбір МОП транзисторларында қорғаныс диодтары бар, сондықтан олар статикалық электрден қорықпайды.


5.2.1. n - типті каналы бар МОП транзисторының кіріс және шығыс сипаттамалары (KП 305)


Сипаттамалары 63 суретте көрсетілген.





Сурет 63.


Мұндай сипаттамалары бар транзистордың кемшілігі: Uзи = 0, ал құрылғы өткізеді, яғни Uзи=0 кезінде бұрын қарастырылған транзисторларда сток тогы бар. Кейде Uзи=0, Іс=0 болған жөн. Бұл қасиет индукцияланған (бағытталған) аналы бар өріс транзисторларына ие.


5.2.2. Индукцияланған каналды МОП - транзисторы


Алдыңғы МОП – транзисторларда кіріктірілген канал болды (p және n типті). Бұл транзисторлар Uзи = 0 арқылы өтеді. Uзи=0 кезінде индукцияланған каналы бар өріс транзисторында ток жоқ.


р типті индукцияланған каналы бар транзистордың құрылымы 49 суретте көрсетілген. Затворға теріс кернеу қолданылған кезде оның теріс потенциалы n - типті субстраттағы электрондарды затвордан шығарады, нәтижесінде оқшаулағыш бетіне жақын p - типті канал пайда болады. P типті индукцияланған каналы бар МОП-транзисторы тізбегіндегі бейне 64 суретте көрсетілген. Мұндай транзисторда канал үзік сызық түрінде көрсетілген, бұл сток пен исток арасында өзіндік өткізгіш канал жоқ екенін көрсетеді. р типті индукцияланған каналы бар транзисторлардың түрлері: КП 301, КП 304.



Сурет 64. Сурет 65.


р типті каналы бар транзистордың кіріс және шығыс сипаттамалары 66суретте көрсетілген. Транзистор |Uзи|=|Uпор| кезінде ток өткізе бастайды. Мұнда Uпор шекті кернеу деп аталады.





Сурет 66.


n типті арнасы бар МОП-транзисторы 67 суретте көрсетілген. Кіріс сипаттамасы 68 суретте көрсетілген.

Сурет 67. Сурет 68


5.2.3. Крутизна


Өрістік транзистордың сапасын қалай бағалауға болады? Биполярлы транзисторда ең маңызды параметр – ток бойынша күшейту коэффициенті. Өрістік транзисторда ток ағынын Іс басқарылатын затвор және исток арасындағы Uзи кернеуі. Осылайша, транзистордың күшейту қабілетін өткізгіштік өлшемі бар Іс/Uзи қатынасының мәні бойынша бағалауға болады. Бұл мән крутизна деп аталады, S әрпімен белгіленеді және қатынас ретінде анықталады


S=dIс/dUзи


Егер Іс миллиампермен, ал Uзи вольтпен өлшенсе, онда крутизна S мА/В немесе миллисименсте (мСм) көрсетіледі.


5.2.4. Индукцияланған каналы бар КМОП транзисторларындағы кілт


К әрпі әр түрлі өткізгіштігі бар екі транзистордың жұбы кілтте қолданылатынын білдіреді. Мұндай жұп комплементарлы деп аталады. Кілт схемасы 69 суретте, жұмыстың диаграммалары 70 суретте көрсетілген.





Сурет 69. Сурет 70


I интервалы кіріс басқару кілті жоғары, II мәні жалпы нүктеде. Көбінесе кірісте қандай да бір шаманың болуы бірлікпен белгіленеді, нөлдік кернеу нөлмен белгіленеді. Uшығ әр өріс транзисторының күйін бағалау арқылы жасалады, кіріске бір немесе нөлдік кернеу берілген кезде. I интервалға арналған ауыстыру схемасы 71 суретте, II интервал үшін - 72 суретте көрсетілген.



Сурет 71. Сурет 72.


Кілттердің күйі кіріс сипаттамалары бойынша анықталады. Кілттің шығу күйі кіру күйіне қарама-қарсы болған кезде, кілт инвертор деп аталады.


Қазіргі уақытта 1000 В кернеуге арналған МОП-транзисторлары және 30...100 кГц жұмыс жиілігінде жүздеген амперге дейінгі токтар шығарылады, қуат кернеуі 5В сандық микросхемалардан басқарылады. Мұндай транзистордың атауы: оқшауланған затворлы бар биполярлы транзистор (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor).

Бақылау сұрақтары:



  1. Өрістік транзисторлар түрлері, типтері.

  2. Өрістік транзисторлардың құрылымы, жасалу технологиясы, электрлік сұлбасы

  3. Басқарылатын өрістік транзисторлар

  4. Өрістік МДЖ- транзисторлар түрлері

  5. Жаптырық қызметі.

  6. Арнаны басқару мүмкіндіктері

  7. Өрістік транзисторларды қосу сұлбалары

  8. Инверсті қосылу сұлбасы

  9. Өрістік транзистордың вольтамперлік сипаттамасы, активті жұмыс аймағы

  10. Ағызба мен құйылма арасындағы кернеуді ауыстырып қосқанда не өзгереді?

  11. Арнаны ашу-жабу үшін кернеуді қалай өзгертеміз?

Дәріс 6. Жартылайөткізгіш кедергілер


Жартылайөткізгіш кедергілер де электрондық сұлба элементтерінің бірі, бірақ көбіне белгілі бір шағын аймақтарда қолданылады. Жартылайөткізгіш кедергілер – жұмысы жартылайөткізгіштің электрлік кедергісінің кернеуге тәуелділігіне негізделген, екі қысқышы бар прибор. Жартылайөткізгіш резисторларда қоспалармен біртегіс легірленген жартылайөткізгіштер қолданылады. Қоспа түрлеріне байланысты құрамындағы материалдың электрлік кедергісі кернеу, температура, жарыққа және т.б. басқарылатын параметрлерге тәуелді өзгеретін приборлар алынды.


Жартылайөткізгіш резисторлар арзан, берік және сенімділігі жоғары құрылғылар.

6.1 Варисторлар


Кернеуі өскен сайын кедергісі азаятын жартылайөткізгіштен жасалған резисторды варистор деп атайды. Варисторларды ұнтақ силиций карбидін байланыстырушы ретінде саз қосып, жоғары температурада күйдіру арқылы жасайды. Олардын конструкциясы негізінен шыбық не диск түрінде болады.


Варисторлар электр тізбектерін немесе әртүрлі элементтерді асқын кер-неуден сақтау үшін қолданылады. Кернеуге байланысты кедергісі өзгеріп отыратындықтан варистордын вольт-амперлік сипаттамасы қисық сызықты болады (73-сурет).



Сурет 73. Варистордың вольт-амперлік сипаттамасы (1) мен графикалык шартты белгісі (2)


Кедергінің өзгеруі силиций карбидінің кристалдарының арасындағы нүктелік түйістердегі электр өрісінің әсерінен оның өткізгіштігінің өзгеруі-нен келіп туады. Мысалы, силиций карбидінің беттік потенциалдық тосқауылы аз да, ал тотық қабықшалары өте жұқа болатындықтан азғана кернеудің өзінде кристалдардың арасында күшті электр өрісі пайда болады. Осы орістің әсерінен заряд тасушылар беттік потенциалдық тосқауылдан немесе тотық қабықшаларынан өтіп электр өткізгіштігін түзеді. Үлкен кернеулерде токтың шамасы да үлкен болатындықтан кристалдар арасындағы нүктелік түйістер қызып, нәтижесінде жартылайөткізгіштің кедергісі азаяды.


Варисторлардың негізгі параметрлерінің бірі - бейсызықтық коэффи-циенті. Варистордың бейсызықтық коэффициенті деп оның статикалық кедергісінің (R) динамикалық кедергісіне ( Rд) қатынасын айтады.


,

мұндағы U, I – варистордың кернеуі мен тогы.


Варисторлардың бейсызықтық коэффициенті шамамен 2...6 аралығында жатады.

6.2 Терморезисторлар


Кедергісі температурадан тәуелді өзгеріп отыратын шала өткізгіштен жасалған резисторды терморезистор деп атайды. Термо-резисторлардың екі түрі болады: термистор және позистор. Температурасы өскенде кедергісі азаятын терморезисторды термистор деп атайды да, ал температурасы өскенде кедергісі де өсетін терморезисторды позистор деп -атайды.


Термисторларды құрамына темірдің тотығы, никель, кобальт, титан кіретін жартылайөткізгіштен жасайды. Ал позисторларды цезий, лантан немесе ниобий қосылған барийдің титанатынан жасайды.
Терморезисторлардың негізгі сипаттамасы олардың кедергісінің температурадан тәуелділігін көрсететін график – температуралық сипаттама болып есептеледі (74-сурет).



Сурет 74. Термистордың (1) және позистордың (2) температуралық (графиктің көрнекілігі үшін кедергінің масштабы сақталмаған) сипаттамалары мен терморезистордың шартты белгісі (3)


Термисторлардың температуралық сипатгамалары әртүрлі болғанмен, олардың кедергілерінің температурадан тәуелділігінің заңдылығы бірдей болады, яғни


,

мұндағы k және  термисторлардың конструкциясына және құрамына байланысты коэффициенттер; Т – температура. Бұл өрнек термисторлардың кедергілерінің температура өскен сайын экспоненциалдық заңдылықпен кемитінін көрсетеді.


Термисторлардың негізгі параметрі ретінде кедергінің температуралық коэффициенті алынады:


.

Термисторларда кедергінің температуралық коэффициенті 0,03...0,06 шамасында болады.


Позисторлардың кедергісі температура өскен кезде әуелі аздап кемиді де кейін өсе бастайды: 70-80°-қа дейін заряд тасымалдаушылардың көбеюі электр өткізгіштікті арттырады, ал температура 100°-тан асқан кезде заряд-тардың броундық қозғалысы, металдардағы секілді, жартылайөткізгіштің кедергісінің көбеюіне әкеліп соғады.
Терморезисторлар температураны реттеу жөне өлшеу, қызудан қорғау, өрттен сақтандыру аспаптарында қолданылады.

6.3 Тензорезисторлар


Кедергісі механикалық деформациясына байланыс-ты өзгеріп отыратын шала өткізгіштен жасалған резисторды тензорезистор деп атайды.


Тензорезисторларды әдетте электр өткізгіштігі n немесе р - түрлі сили-цийден жасайды: кесек силицийді тілікшелерге кесіп, үстінің кедір-бұдырын тегістейді де электрод ұштарын дәнекерлейді.
Тензорезисторлардың әрекеттік парқы шала өткізгішке түсірілген сығу немесе созу күштерінің әсерінен оның кристалдық торшілтерінің реттігінің бұзылуы нәтижесінде кедергісінің өзгеруіне негізделген.
Тензорезисторлардың негізгі сипаттамасы – деформациялык сипаттама деп шала өткізгіштің кедергісінің салыстырмалы өзгерісінің оның ұзындығының салыстырмалы өзгерісінен тәуелділігін айтады (75-сурет).
Тензорезисторлардың негізгі параметрлері олардың номинал кедергісі (R 100-500 Ом) мен тензосезгіштік коэффициенті.

Сурет 75. n-түрлі (1) және р-түрлі (2) тензорезисторлардың деформациялык сипаттамалары мен графикалық шартты белгісі (3)


Тензорезистордың тензосезгіштік коэффициенті k деп кедергісінің са-лыстырмалы өзгерісінің оның ұзындығының салыстырмалы өзгерісіне қатынасын айтады:




.

Әдетте тензосезгіштік коэффициент –150-ден +150-ге дейінгі мәндерге ие болады. Тензорезисторлар негізінен қатты денелердің деформациясын өлшеу үшін қолданылады.


6.4 Фоторезисторлар


Кедергісі жарықталынуынан тәуелді жартылайөткізгіштен жасалған резисторды фоторезистор деп атайды.


Фоторезисторларды ішкі фотоэффект құбылысы байқалатын кадмийдің, висмуттың, германийдің, силицийдің сульфидтерінен және селенидтерінен жасайды. Мұндай материалдардарға жарық түскен кезде олардың атомдарында электрондар қозып, жоғарғы энергетикалық деңгейлерге ауысады.
Осының нәтижесінде заряд тасымалдаушы электрон-кемтік қос бөлшегі пайда болады да материалдардың электр өткізгіштігі артады. Сондықтан шала өткізгіштің жарықталынуы артқан сайын оның кедергісі азаяды. Фоторезисторлардың негізгі сипаттамалары болып оның жарықтық және вольт-амперлік сипаттамалары есептелінеді. Фоторезистордың жарықтық сипаттамасы деп кернеудің тұрақты мәнінде фототоктың () жарық ағынынан (Ф) тәуелділігін айтады (77-сурет). Жарық ағыны артқан сайын, яғни шала өткізгіштің жарықталынуы артқан сайын, оның фототогы да артып отырады.



Сурет 77. Фоторезистордьң жарыктық сипаттамасы (1) мен графикалық шартты белгісі (2)


Фоторезистордың вольт-амлерлік сипаттамасы деп жарық ағынының белгілі бір тұрақты шамасында (яғни ) фототоктың кернеудің (U) шамасынан тәуелділігін айтады (78-сурет). Егер жарықталынбаған фото-резисторға кернеу көзін жалғаса, оңда фоторезистор арқылы қараңғылық тогы деп аталатын азғана ток жүреді. Мұның себебі жатрылайөткізгіште жарықталынбаған кезде де аздаған заряд тасымалдаушылардың болатын-дығында. Кейін фоторезисторға жарық түскен кезде кернеу көбейген сайын фототок та көбейеді. Бұл тәуелділік түзу сызық бойымен өзгеріп отырады.





Сурет 78. Фоторезистордың вольт-амперлік сипаттамасы


Фоторезисторлардың үлесті интегралдық сезгіштігі, қараңғылық кедергісі және жұмысшы кернеуі оның негізгі параметрлері болып саналады. Фоторезистордың үлесті интегралдық сезгіштігі (s) деп фототоктың жарық ағыны мен оған түсірілген кернеудің көбейтіндісіне қатынасын айтады:




.
Фоторезистордың үлесті интегралдық сезгіштігін қылы 285ºК дейін қызған шамнан жарықталынуы 200 лк болған кезде анықтайды. Әртүрлі фоторезисторлардың үлесті интегралдық сезгіштігі 1...600 мА/(Влм) шамасында болады. Фоторезистордың қараңғыдағы кедергісін 200 лк қылып шаммен жарықтандырып барып сөндіргеннен кейін 30 с өткен соң анықтайды. Осылайша караңғыда өлшенген фоторезистордың кедергісін оның қараң-ғылық кедергісі деп атайды. Фоторезисторлардың қараңғылық кедергісі 102...1010 Ом шамасында болады.
Фоторезисторлардың жұмысшы кернеуі ондағы жартылайөткізгіш мате-риалдың ауданына және электродтардың ара қашықтығына байланысты таңдалынып алынады.
Фоторезисторлар әртүрлі релелерде және бөлшектерді, бұйымдарды санау үшін қолданылатын аспаптарда пайдаланылады және көлемі бірнеше мм ғана (сурет 79, 80).




Сурет 79. Кадмий сульфидінен жасалған фоторезистор.






Сурет 80. Әртүрлі фоторезисторлар.


Бақылау сұрақтары:


1. Жартылай өткізгіш резисторлар жұмыс істеу принциптері, ВАС-сы.
2. Терморезисторлар жұмыс істеу принциптері, ВАС-сы.
3. Тензорезисторлардың жұмыс істеу принциптері, ВАС-сы.
Дәріс 7. Оптоэлектрондық приборлар

Инфрақызыл, ультрафиолет және көру аймағындағы электромагниттік сәулелерге сезімтал және осы сәулелерді шығаратын немесе пайдаланатын приборларды оптоэлектрондық құрылғы деп атайды. Оптоэлектрондық приборлар қамтитын жиілік диапазоны 0,5*1012.....5*1017 Гц (немесе толқын ұзындығы 1нм....1мм дейін). Өндірісте сәуле көзі (жарық диоды), сәуле қабылдағыштар (фотодиод) және оптрон (оптопара) өте кең тараған. Оптрон –бұл бір корпустың ішінде сәуле шығару көзі және сәуле қабылдағыш жұптасып орналасқан прибор. Сәуле көзі ретінде жарық диоды және лазер, ал сәуле қабылдағыш ретінде фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор қолданылады.


Оптрон - бұл сәуле көзі және сәуле қабылдағыш конструктивті бір корпуста жиналған құрылғы. Оптоэлектрондық құрылғылардың негізгі ерекшеліктері:
1) кең жиілік диапазонын қамтитын оптикалық каналдың ақпараттық сыйымдылығы;
2) сәуленің (ақпараттық ағынның) біржақтылығы- сәуле көзі мен қабылдағыштың тәуелсіздігі;
3) оптикалық каналдың электромагниттік өріске сезімтал еместігі; (шумға төзімділігінің жоғарылығы)

7.1 Жарық диоды


Жарық диодының жұмыс істеу принципі қосалқы заряд тасымалдаушылардың тура кернеу әсерінен p-n - өтпе көлемінде инжекцияланып жарық шығару арқылы рекомбинациялану қасиетіне негізделген. Жарық шығару рекомбинациясы нәтижесінде өтпе көзге көрінетін және инфрақызыл сәуле диапазонында орналасқан электромагниттік толқын шығарады. Инфрақызыл диапазонда жарық энергиясын шығаратын жартылай өткізгіштерге люминофор жағылады. Бұл көрінбейтін сәулені түрлі түсті жарыққа түрлендіреді. Түрлендірілген жарық түсі люминофор құрамына сәйкес жасыл, қызыл, көгілдір және күлгін болуы мүмкін. Жарық диодтарының маңызды ерекшелігі өте төмен қолдану қуаты, түрлі түсті жарықтың тазалығы, уақыт және температура өзгерісіне қарамастан түрлі-түсті жарықтың тұрақтылығы.


Жарық диодтары галий арсенидтері мен фосфидтерінен және силиций карбидтерінен жасалады.
Жарықтылықтың токтан тәуелділігі жарық диодының негізгі сипаттамасы болып саналады (81-сурет). Жарықтылық кд/м2 өлшенеді, кандела –жарық күшінің бірлігі. Токтың белгілі бір мәнінен бастап, ток өскен сайын жарықтылық та өсіп отырады, бірақ кейін ток одан әрі өскенде заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясы көбеймей бір мөлшерде жүріп отыратындықтан жарықтылық та өзгермей қалады.
Жарық диодының негізгі параметрлері: жұмысшы кернеудің төменгі және жоғарғы шекті аралығы мен инерциялылығы. Жарық диодының жұмысшы кернеуінің төменгі шекті мәні оның жарық шығара бастағандағы кернеуімен анықталса, ал жоғары шекті мәні шашырата алатын ең үлкен қуатымен анықталады. Жарық диодының инерциялылығы оның жарықтылығы максимал мәнінің 0,1 және 0,9 бөлігіне тең болған кездегі жану және сөну уақыттарымен анықталады.



Сурет 81. Жарық диодының вольт-амперлік сипаттамасы.


Жарық диодын тек тұрақты токпен қоректендіру керек. Индикация үшін қолданылатын жарық диодтары 30 мА токпен және 2...3 В кернеумен қоректенеді. Ал жарықтандыруға арналған жарық диодтар 3 А токпен қоректенеді.


Соңғы жылдардағы жаңа технология жетістіктері жарық диодын металоорганикалық эпитаксия түрінде дайындауға мүмкіндік берді.

7.2 Фотодиод


Кері тогы p-n өтпесінің жарықталынуына байланысты өзгеріп отыратын жартылайөткізгішті диодты фотодиод деп атайды. Фотодиодтар екі түрлі жұмыс әлпінде пайдаланылады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және сырқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде.


Фотодиод, қарапайым диод секілді, бір p-n өтпесінен тұрады. Бірақ түйістің ауданы басқа диодтарға қарағанда әллдеқайда үлкен болады, өйткені сәуле осы ауданға перпендикуляр түсуі керек (82-сурет). p-n өтпесіне түскен сәуле фотондары қоздыратын валенттік электрондар өткізгіштік аймаққа өтеді. Осының салдарынан екі жартылайөткізгіште де заряд тасушы бөлшектердің (электрондар мен кемтіктердің) саны көбейеді.


Сурет 82. Фотодиодтың сұлбалық құрылымы. 1 - жартылайөткізгіш кристалы; 2 - контактілер; 3 - «қысқыштары»; Ф - электромагниттік сәуле ағыны; Е - тұрақты ток қорек көзі; Rн - жүктеме.


Түйістік потенциалдар айырымының әсерінен n-түрлі жартылайөткізгіштегі негізгі емес заряд тасымалдаушылар - кемтіктер p-түрлі жартылайөткізгішке өтеді де, ал мұндағы негізгі емес заряд тасымалдаушылар электрондар n-түрлі жартылайөткізгішке өтеді. Сөйтіп, n-түрлі жартылайөткізгіште артық электрондар, ал p-түрлі жартылайөткізгіште артық кемтіктер пайда болады. Бұл фотодиодтың қысқыштарында потенциалдар айырымын, яғни фотоэлектрлік ЭҚК-ті тудырады. Фотоэлектрлік ЭҚК-тің мәні көптеген фотодиодтарда 0,5...0,9 В шамасында болады және сәуле ағымынан тәуелді, бірақ сәуле ағыны белгілі бір шамаға жеткенде p-n өтпесі заряд тасымалдаушыларға қанығады да, фотоэлектрлік ЭҚК одан әрі өспейді.


Фотогенератор әлпінде істейтін фотодиодтар күн сәулелерінің энергиясын электр энергиясына түрлендіретін қорек көздері ретінде пайдаланылады. Оларды күн сәулелік элементтер деп атап, олардан күн сәулелік батарея құрайды. Бірақ мұндай күн сәулелік элементтердің пайдалы әрекет коэффициенті өте төмен - 20% шамасында ғана болады.
Егер фотодиодты кернеу көзіне қосып және жарықтандырса, онда тура кернеу берілгенде оның вольт-амперлік сипаттамасының (83-суретте) АВ бөлігінің генератор әлпіне сәйкес келетін, ал кері кернеу берілгенде оның тогының жарықтандырылмаған фотодиодқа қарағанда едәуір өсетінін көруге болады.
Фотодиодтардың интегралдық сезгіштігі және қараңғылық тогы негізгі параметрлері болып есептелінеді. Силицийден және германийдан жасалған фотодиодтардың интегралдық сезгіштігі 3 мА/лм және 20 мА/лм, ал қараңғылық токтары сәйкесінше 1...3 мкА және 10...30 мкА шамасында болады. Фотодиодтар фотометрияда, фотоколориметрияда және телекескіндерді беру құрылғыларында қолданылады.

Сурет 83. Фотодиодтың вольт-амперлік сипаттамасы


7.3 Оптопара элементтері


Құрылымдық күрделілігіне қарай оптрондық техника бұйымдары екі түрге бөлінеді. Оптопара – кіріс мен шығысы электрлік байланыспаған, арасында оптикалық байланысы бар сәуле шығарғыш пен қабылдағыштан тұратын жартылайөткізгіш прибор (84-сурет,а). Оптоэлектрондық интегральдық микросұлба – бір немесе бірнеше оптопарадан және оған электрлік байланысқан бірнеше күшейткіш немесе сәйкестендіргіш құрылғылардан тұратын прибор немесе ИМС (84-сурет,б). Яғни бұл құрылғылар электрондық тізбекте байланыс элементі болады, сөйте тұрып, кіріс және шығыс тізбектерінің бір-бірімен электрлік байланыспауын қамтамассыз етеді.




 
а) б)

Сурет 84. Оптоэлектрондық приборлар: оптопара (а), оптрондық ИМС (б).


Сәуле көзі ретінде жарық диоды, ал сәуле қабылдағыш ретінде фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор қолданылады.


Кең қолданылатын оптрон жұптары: жарық диоды-фоторезистор, жарық диоды-фотодиод, жарық диоды-фототранзистор, жарық диоды- фототиристор.




Сурет 85. Жарық диоды, фотодиод, фототранзистор түрлері.


Бақылау сұрақтары:



  1. «Оптоэлектрондық прибор» деп аталу себебі?

  2. Сәуле щығару көзі мен сәуле қабылдағыш «жұптарын» қалай таңдауға болады?

  3. «Жұптарына» сәйкес жұмыс істеу принциптері м ен қолдану салалары.

  4. Жарықтың пайда болу үрдісін түсіндір

  5. Жарық диодының құрылысы, кернеуге қосылу сұлбасы, электрлік сұлбасы.

  6. «Жарық айқындығы» дегеніміз не, оның өлшем бірлігі.

  7. Фоторезистор қызметі, жарық дәрежесі, люкс-амперлік сипаттамасы.

  8. Фотодиод қызметі, қолданылуы, элетрлік сұлбасы, белгілену ерекшкліктері

  9. Сәулелік диод қызметі, қолданылуы, вольтамперлік сипаттамада жұмыс істейтін аймағы , элетрлік сұлбасы, таңбалану ерекшеліктері.

Дәріс 8. Тиристорлар

8.1. Тиристордың жұмыс принципі


Тиристор - төрт қабатты құрылғы. Ол тек кремний негізінде жасалады. Оның құрылымы 86 суретте көрсетілген. Тиристорлардың Вольт-амперлік сипаттамалары 87 суретте көрсетілген.





Сурет 86. Сурет 87.


Электрод-катодты басқару тізбегі (УЭ-К) диодтың ауысуы болып табылады. Бұл тізбекте кернеу мен басқару тогын тек осы ауысудың өткізгіштік бағытында беруге болады. Басқару тогы болмаған кезде тиристор UАК кернеуінің кез келген белгісінде, бұл кернеу рұқсат етілген мәндерден аспаған жағдайда өткізбейді. Рұқсат етілген мәндер құрылғы класымен келісіледі. ВАС - тың кері тармағы диодпен бірдей. Басқару тогын беру арқылы тікелей тармақты өзгертуге болады. Егер номиналды басқару тогы берілсе, онда тікелей ВАС тармағы диодқа айналады. Тиристор - бұл жартылай басқарылатын құрылғы, өйткені өткізгіш тиристордан басқару тогын алу тікелей тармақтың қалпына келуіне әкелмейді. Тиристор - бұл негізгі құрылғы және басқару тогының импульстарымен басқарылады. Іупр=0 сипаттамасынан Іупр.ном сипаттамасына ауысу өте тез жүреді.


8.2. Тиристорлардың негізгі параметрлері


1. Диод сияқты, класс құрылғыға тікелей және кері бағытта қолдануға болатын максималды қайталанатын кернеуді сипаттайды және сонымен бірге ол өткізгіш емес күйде қалады. Uкл=Umax/(1,5…2), Umax=Uпр.maxUобр.max. кластар 0,5-тен 20-ға дейін. Uкл = Кл 100 В.


2. Тікелей номиналды ток.
Бұл ашық күйдегі рұқсат етілген орташа ток. Ток диапазоны: 100мА...1000А. Ток табиғи және мәжбүрлі салқындату кезінде шектеледі. Қуатты құрылғылар үшін ауа ағынымен мәжбүрлі салқындату қолданылады. Бұл жағдайда ауа жылдамдығы келісіледі.
3. Ашық күйдегі кернеудің тікелей төмендеуі Uпр. откр.

Uпр.откр.=0,8...1,2V.


4. du/dt алға бағытталған жабық тиристордағы кернеудің рұқсат етілген жылдамдығы. du/dt параметрі нұсқаулықта келтірілген. du/dt=100…2000В/мкс. Тиристорда паразиттік электродаралық сы»ымдылықтар бар - сурет 88.





Сурет 88.


Тік кернеудің алдыңғы жағын қолданған кезде тиристордың өздігінен қосылуы мүмкін. du/dt шектеу үшін 89 суретте көрсетілгендей тиристорға параллель белгілі бір сыйымдылықтың конденсаторы қосылады.





Сурет 89.


Конденсатормен қатар аз қарсылықты қамтиды, өйткені тиристор қосылған кезде конденсатор оған түседі және R разряд тогын шектеу үшін қажет. Диод әдетте R-ге параллель қойылмайды. Әдетте С=0,2...2мкф, R=10...100ом қуаты 25 Вт дейін. Егер класс бойынша үлкен тиристор таңдалса, R-C тізбегін тиристорға параллель қоюға болмайды. Бұл түрлендіргіш құрылғының өлшемдерін айтарлықтай азайтады.


5. Ашық тиристор di/dt арқылы токтың өсу жылдамдығы. Орташа және жоғары қуатты тиристор қосылған кезде, ток алдымен басқару электродының жанында шоғырлана бастайды, содан кейін ол жартылай өткізгіш құрылымға таралады. Басқару электродының жанында жоғары жылдамдықпен өсетін токтың концентрациясы құрылымның күйіп кетуіне әкелуі мүмкін. Егер di/dt шектеулі болса, онда токтың құрылымы бойынша таралуы мүмкін және жартылай өткізгіштің бұзылуы болмайды. di/dt шектеу үшін тиристормен қатар L индуктивтілігі қосылады. Көбінесе L ретінде қоректену трансформаторының индуктивтілігі қолданылады.
6. Қосу уақыты tвкл.
Бұл басқару импульсінің басталуы мен тиристордағы кернеу қуат кернеуінен 0,1-ге дейін төмендеген сәт арасындағы уақыт аралығы. Бірнеше мкс құрайды.
7. Өшіру уақыты tвыкл.
Бұл анод тогының нөлден өту сәтінен бастап оған тікелей кернеуді қолдану сәтіне дейінгі уақыт аралығы, оны ашуға болмайды. Қосу уақытынан бірнеше есе көп. Орташа қуатты құрылғылар үшін tвыкл = 50 ... 300мкс.
8. Басқару тогы Iупр.
Iупр.длит. және Iупр.имп. Iупр.имп=20…1000мА. болып бөлінеді.
9. Ағымдағы ұстау Iуд.
Бұл тиристор ашық күйде қалатын тікелей токтың минималды мәні. Әдетте IудIупр.длит.
Тиристорды белгілеу мысалы: TX-100-10-ХХХ. Мұнда TX-тиристордың әзірлеу белгісі, 100-тиристордың номиналды тогы, 10-тиристор класы, du/dt, ХХХ сандар, di/dt, tвыкл параметрлерін реттейтін.

8.3. Жартылай толқындық басқарылатын түзеткіш


Схема 90 суретте, жұмыс диаграммалары 91 суретте көрсетілген. Басқару жүйесі (БЖ) фазада α бұрышқа ауыса алатын басқару импульстарын құрайды.





Сурет 90. Сурет 91


U1, U2 кернеулеріне қатысты Uу басқару сигналының функциясында. БЖ α бұрышы үшін есептеу нүктесі болуы үшін (қоректендіруші кернеудің синусоидасының нөл арқылы өту нүктесі), БЖ-ға фазасы қоректену кернеуімен қатаң байланысты Uсинхр синусоидтық синхрондау кернеуінің сигналы енгізіледі. Бұрыш басқару бұрышы деп аталады және әрқашан 1=2==0. Схема жүктемедегі кернеудің орташа мәнін реттеуге мүмкіндік береді.

8.4. Айнымалы кернеу реттегіші


Схема 92 суретте, жұмыс диаграммалары 93 суретте көрсетілген.





Сурет 92. Сурет 93


Жүктемедегі кернеудің жедел және белсенді мәндері реттеледі. Жұмыс істеген Тиристор in=0 болған кезде өшеді. Басқару бұрышының өзгеру диапазоны =0. Жүктеме кезінде α = 0 толық синусоидалы кернеу. α = 0 жүктеме кезіндегі кернеу 0-ге тең.


Бақылау сұрақтары:


1. Үш р-п - өтпеден тұратын құрылғы қалай аталады?
2. Үш р-п - өтпедегі үрдістерді түсіндір.
3. Тиристордың негізгі қызметі, қолданылу аймақтары.
4. Тиристор түрлері
5.Динисторлардың құрылымы, электрлік сұлбасы, қолдану аймақтары
6. Тиристорлардың құрылымы, электрлік сұлбасы, қолдану аймақтары.
8. Тиристордағы «кіріс» және «шығыс» кернеуі.
9. Тиристордағы басқарылатын электрод қызметі.
10. Тиристордың вольтамперлік сипаттамасы.

Дәріс 9. Интегралды микросхемалар


Интегралды микросхемалар (ИС) активті (транзистор, диод) және пассивті элементтерден тұрады және әртүрлі функцияларды орындауға арналған.


Интегралды микросхемалар дайындалу технолгиясына байланысты, қабықшалы, гибридті және жартылай өткізгішті болып бөлінеді, ал элементтер санына қарай - қарапайым (10- нан аз), орташа (10-нан 100-ге дейін), үлкендер (100-ден 1 000-ге дейін) және аса үлкендер (1000-нан жоғары).
Функционалды тағайындалуы бойынша барынша таратылған микросхемалар жіктемесі 2 кестеде берілген.

Кесте 2.




Шағын топ және микросхема түрлері

Белгілері

Қалыптастырғыш: атаулы ток

АА

тікбұрыш формалы импульстар

АГ

басқалар

АП

Есептеу құралдарының сызбасы: магистралды түйіндесу;

ВА

Кіргізу-шығаруды басқару (интерфейсті схема);

ВВ

бақылаушылар;

ВГ

микроЭЕМ;

BE

мамандандырылған;

ВЖ

уақыт белгілейтін;

ВИ

микропроцессорлар;

ВМ

Үзілістерді басқару (үзілісті бақылаушылар)

ВН

Генераторлар

ГГ, ГФ

Арифметикалық-логикалық құрылғылар

ИА

Шифраторлар

ИВ

Дешифраторлар

ИД

Есептеуіштер

ИЕ

Сумматорлар

ИМ

Тіркелімдер

ИР

Логикалық элементтер: ЖӘНЕ - ЕМЕС;

ЛА

ЖӘНЕ - ЕМЕС/НЕМЕСЕ - ЕМЕС;

ЛБ

НЕМЕСЕ - ЕМЕС, ЖӘНЕ;

ЛЕ, ЛИ

НЕМЕСЕ - ЕМЕС, НЕМЕСЕ;

ЛЛ

ЕМЕС

ЛН

Триггерлер:




Тип JК (әмбебап);

ТВ

Тип D (кідірісті);

ТМ

Тип RS(жеке қосумен);

ТР

тип Т (есептік);

ТТ

Шмитта (импульс қалыптастыру)

ТЛ

ПЗУ:




бірнеше есе бағдарламалау мүмкіндігімен;

РР

бір дүркін бағдарламалау мүмкіндігімен;

РТ

Ультракүлгіндік өшіру мен электр жазбамен

РФ

ОЕҚ (оперативті есте сақтау құрылғысы), салыстыру схемасы

РУ, СП, СС

Түрлендіргіштер:




Цифрлық-аналогты;

ПА

Аналогты-цифрлық

ПВ

Қабықшалы ИС-да диэлектриктен (шыныдан, керамикадан) төсем болады. Пассивті элементтер (резисторлар, конденсаторлар, орамдар, трансформаторлар, элементтер арасындағы жалғаулар) төсемге қойылған қабықша түрінде жасалған. Қалыңдығы 2 мкм-дан аспайтын жұқа қабықшалы және қалыңдығы 2 мкм –ден едәуір асатын қалың қабықшалы ИС болып ажыратылу тиіс. Бұл ИС арасындағы айырмашылық оларды орнату технологиясына байланысты болады. Жұқа қабықшалы ИС материалды вакуумда ыдырату арқылы арнайы фотошаблондар арқылы алады, ал қалың қабықшалы ИС температура 1000°С.болғанда төсемге арнайы паста қыздыру жолымен алады. Төсемдер мұқият тегістелген және жылтырлатылған қалыңдығы 0,5...1,0 мм диэлектрлі пластинкадан тұрады.


Қабықшалы резисторларды дайындау кезінде түп төсемдерге резистивті қабықшалар төселеді. Егер резистор кедергісі қатты үлкен болмау керек болса, онда қабықша жоғары кедергілі қоспадан, мысалы, нихромнан жасалады. Ал жоғары кедергілі резисторларға металлдың керамикамен қоспасы қолданылады. Резистивті қабықшаларды ұштарын резисторды басқа элементтермен жалғастырушы металл қабықша түрінде жасайды. Қабықшалы резистор кедергісі қабықша әзірленген материалдың ұзындығына, қалыңдығына және еніне байланысты болады. Кедергіні арттыру үшін қабықшалы резисторлар ирек-ирек формада жасалады.
Қабықшалы резисторлардың үлесті кедергісі ерекше бірлікте- ом шаршыға көрінеді, шаршы формасындағы бұл қабықшаның кедергісі бұл шаршының көлеміне байланысты болмайды:

  • Жұқа қабықшалы резисторларда үлесті кедергі 10-нан 300 Ом/П дейін болуы мүмкін. Олардың әзірлену дәлдігі түп төсемге байланысты болады. Түп төсем резистивті қабаты шамалап алшақтайды, мысалы, лазердің көмегімен қажеттіден әдейілеп біршама азайтылған кедергі де қажетті мәнге дейін арттырылады.

  • Қалың қабықшалы резисторларды үлесті кедергісі 2 Ом/П- ден 1 МОм/П дейін болады. Олардың тұрақтылығы жұқа қабықшалы резисторларға қарағанда нашар болып келеді.

Қабықшалы конденсаторлар көбінесе тек екі қоршаумен жасалады. Олардың біреуі түптөсемге қойылып және жалғауыш сызық түрінде жалғасады, содан кейін оған диэлектрлі қабықша төселеді, ал үстіне жалғауыш сызыққа өтетін екінші қоршау салынады. Диэлектрик қалыңдығына байланысты конденсаторлар жұқа қабықшалы және қалың қабықшалы болып бөлінеді. Диэлектрик ретінде әдетте кремний оксиді, алюминиий оксиді немесе титан оксиді қолданылады. Үлесті сыйымдылық шаршы милиметрге оннан мың пикофарадқа дейін болуы мүмкін және осыған сәйкес конденсатор ауданы25 мм2болғанда қалыпты жүздеген пикофарадтан бастап мыңдаған пикофарадқа дейінгі сыйымдылық қол жеткіземіз.
Қабықшалы орауыштар тегіс шиыршық түрінде, көбінесе тікбұрышты пішінде болады. Өткізілетін сызықтар мен сәулелер ені олардың арасында әдетте бірнеше ондаған микрометрлерді құрайды. Үлесті индуктивтік 10. 20 мГн/мм2.
25 мм2 ауданда 0,5 мкГн дейінгі индуктивтікке қол жеткізуге болады. Мұндай орауыштар қатты төзімді болып келмейді. Индуктивтік орауыш мықтылығы оның реактивті кедергісінің белсенділікке қатынасымен беріледі. Әдетте мұндай орауыштар бірнеше микрогенри индуктивтіктен жасалады. Индуктивтікті орауышқа өзек ретіндегі ферромагнитті қабықша орау арқылы қол жеткізуге болады. Қабықшалы орауыштың ішкі ұшынан шығаруды құру кезінде кейбір қиындықтар туындап жатады. Бұл үшін орауыштың сәйкес орнына диэлектрлі қабықшаны орнатып, ал бұл қабықшаның үстіне-металл қабықша орнату керек (қорытынды).
Гибридті ИС. Гибридті ИС - интегралды схема, оған гибридті ИС компоненттері деп аталатын қабықшалы пассивті және аспалы элементтер (резисторлар, конденсаторлар, диодтар, оптрондар, транзисторлар) қолданылады. Транзисторлар мен диодтар корпуссыз жасалған. Элементтер мен компоненттер арасындағы электр байланыстары қабықшалы немесе сымды монтаждау көмегімен атқарылады.
Гибридті ИС келесі түрде әзірленеді. Бірінші түптөсем жасалады, сосын ол мұқият тегістеліп, жылтыратылады. Сосын оған резистивті қабықша жауып, ары қарай конденсаторлар төсемдері, орауыштар, жалғауыш сызықтар, диэлектрлі, содан кейін қайтадан металл қабықшалар орнатылады. Активті (белсенді) және басқа да дискретті элементтер ілінеді («жабыстырылады»), олардың қорытындылары дәнекерлеу арқылы түптөсемге сәйкес нүктеге жалғанады. Схеманы корпусқа орнатып, корпустың байланыс істігіне жалғайды. Схеманы сынап көру жұмыстары жүргізіледі. Ары қарай корпус герметизацияланады және таңбаланады, яғни, оған қажетті шартты белгілерді орнатады.
Гибридті ИС бір түрі -микротоптама деп аталады. Әдетте олардың құрамында әртүрлі элементтер, компоненттер және интегралды схемалар болады. Микротоптаманың ерекшелігі олар жеке қолданылатын бұйымдар болып табылады, яғни нақты бір аппаратура түріне ғана әзірленеді. Қарапайым ГИС жалпы қолданысқа жататын, аппаратуралардың көптеген түрлеріне жарамды болып табылатын. Кей жағдайларда микротоптамалар деп бір корпуста және өзіндік қорытындысы бар бірнеше активті немесе пассивті элементтер жиынтығы да аталады. Микротоптама фукнционалды аяқталған құрығы болып табылады, мысалы, кең сызықты фазалы детектор, фаза айналдырғыш, электронды-басқарушы аттенюатор.
Жартылай өткізгішті ИС. Жартылай өткізгішті - микросызба, элементтері жартылай өткізгішті түптөсемдердің жоғарғы қабатында орындалған.
Түптөсемді механикалық өңдеген соң, түптөсемнің беткі қабатында бұзылған қабат пайда болады. Тереңдігі бойынша ол ерекше аймақтарға бөліне алады. Ge, Si, GaAs және басқа кристалдар үшін оларды кесіп, ажарлағаннан соң тегіссіздіктің 0,3...0,5 орташа биіктіктегі тереңдігінде рельефті аймақ орналасады, онда монокристалл құрылымдарының: монокристалл сынық, уақталмаған блоктар, жарықшақтар, дөңестер, түрлі өлшемді ойыстарының ақаулары мен бұзылуының бірдей түрі байқалады. Кесілген соң ақаулар ажарландырылған кристалдарда қима бойынша тегіс кесілген алмаз ұнтақтарынан параллель жол тәрізді орналасады. Жылтыратқаннан соң бірінші қабат ажарлау кезіндегіге қарағанда кіші беттік бұдырлардан тұрады. Ажарландырылған бетке қарағанда бұл қабат аморфты. Екіші қабат та аморфты, оның тереңдігі беткі бұдырлық тереңдігінен 2-3 есе үлкен. Үшінші қабат аморфты құрылымнан бұзылмаған монокристаллға өту қабаты болып табылады және серпінді не пластикалық деформациядан, дислокациядан, ал кейбір жағдайларда жарықтардан тұрады. Жартылай өткізгішті түптөсемдер бетін өңдеу және дайындау үдерісінде берілген кристаллографиялық бейімдеу кезінде жазық параллельділіктің жоғары дәрежесі бар жетілдірілген бет құру қажет. Беткі ластанулар ең төмен болуы керек.
Қазіргі таңда көптеген жартылай өткізгішті ИС монокристалды кремний негізінде дайындайды, тек кейбір жағдайларда германий қолданылады. Бұл кремний германиймен салыстырғанда ИС элементтерін құруда маңызды бірқатар физикалық және технологиялық артықшылықтарға ие.
Кремний - қатты және берік материал, монокристалл күйінде ол жұқа қалыңдықтағы (1,3 мкм-ге дейін) консол, мембран түріндегі прецизиялық кең диапазонды берілістердің сезімтал элементтерін дайындауға жарамды.
Жартылай өткізгішті ИС дайындау технологиясы келесіден тұрады: р-типті кремний кристалы алынады, онда диффузия әдісімен л-типті аумақтар салынады. Бұл аумақтар «қалта» деп аталады да олардың сандары ИС элементі санына теңестіріледі. Әр қалтада қаджетті активті және пассивті элементтер қалыптасады. Қалта кері байланыс берілетін р-л ауысудан тұрады. Р-л ауысу кедергісі 1 МОм-ды құрайды.

9.1 Үлкен ис жобалау ерекшеліктері


Үлкен ИС жетілдіру кезінде элементтер санын арттыруда қиындық туындайды. Оны шешіп, жобалаушылар бір-біріне параллель бірнеше қабатта орналасқан бірнеше төсемдерді пайдаланатын көпқабатты (көпдеңгейлі) құрылымға келді. Бұл кезде түрлі деңгей төсемдері арасында электр қосылыстарын қамтамасыз ету мәселесі туындайды. Әдетте, төсемде ИС төсемнен төсемге сандық сигналдарды беретін үлкен электр схемасының функционалды тұрғыдан аяқталмаған фрагментін орналастыруға тырысады.


Үлкен ИС қосылыстарды қамтамасыз ету үшін көпдеңгейлі ажыратқыштың арнайы бағдарламасы пайдаланылады. Үлкен ИС кремний кристалында орындалады, олардың арасында жартылай өткізгішті технология бойынша орындалған диэлектрик қабықшалы қабаты орналасады.
Арнайы тапсырманы орындауға, әдетте, сандық аппаратураларда жартылай өткізгіш технологиясы бойынша орындалған жартылай тапсырысты үлкен ИС арналады. Оларды әзірлеу үшін одан әрі қолданысы ерекшелігіне байланысты түрін өзгерте алатын базалық кристалдар пайдаланылады. Базалық кристалдар өз құрамында 1-ден 20 мыға дейінгі элементтерден тұрады.
Жартылай тапсырысты үлкен ИС бірнеше кезеңмен әзірленеді:
1) тапсырысшы дайындаушы кәсіпорынға нақты схематехникалық құрылым үшін құжаттама кешенін әзірлеуге техникалық тапсырма береді, құжаттар қатарына элемент аралық байланысты орындауға арналған құжат міндетті түрде кіруі керек;
2) әзірлеуші қажетті электр схемасы іске асырылатын базалық кристалдың лайықты түрін таңдайды;
3) есептеуіш жүйелер мен арнайы бағдарламалық өнімдерді қолдану кезінде әзірлеуші үлгілеудің бірнеше нұсқасын жүргізіп, ең жақсысын таңдағаннан кейін құрылымдық құжаттардың толық пакеті әзірленеді;
4) әзірленген құрылымдық құжаттама бойынша жартылай өткізгішті базалық кристалда элемент аралық қосылыс орындалады, нәтижесінде кристалл 20 мыңға дейінгң транзисторларды қамтитын күрделі функционалды аяқталған құрылғыға айналады;
5) кристалл корпусқа орналасады, кристалл шығыстары корпус шығыстарына жалғанады, арнайы қабырғада қызмет етуіне тексеріс жүргізіледі.
Үлкен ИС әзірлеудің қорытынды операциялары орындалады.

9.2 ИС белгілеу жүйесі


ИС пайдалану үшін әріптік-сандық код қолданылады. Код ИС корпусына жазылады, сол арқылы ИС корпусының функционалды мақсаты мен типін анықтауға болады.


Белгілеу жүйесі 6 элементтен тұрады:
К Р 1 118 ПА 1Б
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
(1) - ИС кең қолданысқа (санға) ие екенін көрсетеді;
(2) - корпус типі (әріп): Р - 2-типті пластмасса корпус (планарлы), А - 4-типті планарлы корпус, Е - металл полимерлі корпус, И - әйнек керамикалы, М - металл керамикалы, Ф - микрокорпус;
(3) - микросхема типі (саны): 1, 5, 6, 7 - жартылай өткізгішті ИС; 2, 4, 8 - гибридті ИС; 3 - берік (пленкалы, керамикалық) ИС;
(4) - әзірлеменің реттік саны (2 не 3 сан) ИС нақты сериясының нөмерін сипаттайды;
(5) ИС функционалды мақсаты (2 әріп). Күшейткіштер: ЖК - жоғары жиілікті күшейткіш, ОК - операциялық күшейткіш, ИК - импульсті күшейткіш, КК - кеңжолақты күшейткіш, ТК - төмен жиілікті - күшейткіш, АК - аралық жиілікті күшейткіш, ҚК - қайталағыш күшейткіш, ДК - дифференциалды күшейткіш, ТК – тұрақты ток күшейткіші, БК – берік күшейткіштер. Генераторлар: СГ - синусоидальды сигнал генераторы, ТГ - тікбұрышты сигнал генераторы, ШГ - шу генераторы, ССГ - сызықты өзгеретін сигнал генераторы. Детекторлар: АД - амплитудалық детектор, ФД - фазалық детектор, ЖД - жиілікті детектор, ИД - импульсті детектор, БД - басқа детекторлар. Модуляторлар: АМ - амплитудалық модулятор, ЖМ - жиілікті модулятор, ФМ - фазалық модулятор, ИМ - импульсті модулятор. Элементтер жинағы: ТЖ - транзисторлар жинағы, ҮЖ - үйлестірілген жинақ, КЖ - конденсатор жинағы, РЖ - резистор жинағы, ДЖ – диодтар жинағы. Түрлендіргіштер: САТ - сандық-аналогты түрлендіргіштер, АСТ – аналогты-сандық түрлендіргіштер, ЖТ - жиілікті түрлендіргіш, ФТ – фазалық түрлендіргіш, ҚТ – қуатты түрлендіргіш, КТ - кернеу түрлендіргіші, ДТ – деңгей түрлендіргіші, ЖС – жиілік синтезаторы, ЖК – жиілік көбейткіші, ЖБ – жиілікті бөлгіш. Сүзгілер: ЖЖС - жоғары жиілікті сүзгі, ЖС - жолақты сүзгі, ТЖС - төмен жиілікті сүзгі, РС - режекторлық сүзгі. Сандық құрылғылар: ИМ - сумматор, ИЕ - есептеуіш, ИР - регистр, ИВ - шифратор, ИД - дешифратор, ИП - басқалары. Логикалық элементтер: ЛА - ЖӘНЕ - ЕМЕС, ЛИ - ЖӘНЕ, ЛС - ЖӘНЕ - НЕМЕСЕ, ЛН - ЕМЕС. Есептеуіш құрылғылар: ВЕ - микроЭЕМ, ВК - контроллер, ВМ - микропроцессор, ВФ - функциональды түрлендіргіштер (тригонометриялық,логарифмдік, арифметичкалық), ВТ - жадты басқару, ВК - үйлесімді есептеуіш құрылғылар, ВХ - микрокалькуляторлар. Жадта сақтау құрылғылары: РУ - оперативті жадта сақтау құрылғылары (ОЖСҚ), РЕ - тұрақты жадта сақтау құрылғылары (ТЖСҚ), РФ - ақпаратты ультракүлгін сөндіру және электрлі жазатын ТЖСҚ. Триггерлер: ДТ - динамикалық триггер, ҮТ - үйлестірілген триггер, ШТ - Шмитт триггері;
(6) - нақты серия әзірлемесінің реттік саны, А-дан Я-ға дейінгі әріптер электр параметрі бойынша ИС әзірлеуді көрсетеді.
мысалы: К155ЛА1 - ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтің кең қолданыстағы жартылай өткізгішті ИС.

9.3 Функциональды ИС


Беткі акустикалық толқын құралдары электронды техникада кең таралған.


БАТ құралдарының жұмысы негізінде акустоэлектрлік эффект, яғни ультрадыбыстық толқындардың дыбыс жетегі бетіне әсері жатыр. Серпінді толқындар қатты дене беті бойынша таралады. Беткі толқындар тік поляризацияға ие, толқындағы бөлшектердің араласуы дыбыс жетегі шегіне перпендикуляр жүреді. Дыбыс жетегі ретінде пьезоэлектр материалынан жасалған пластина (литий ниобиті, пьезокварц, пъезокерамика) қызмет етеді. Дыбыс жетегіне қабылдығы 0,5 мкм-нен аспайтын металл пленкадан жасалған тарақты электродтар түрінде электромеханикалық түрлендіргіште салынған. Оларды қарсы-бұдырлы түрлендіргіштер (ҚБТ) деп атайды.
Кіріс ҚБТ-ға сигнал көзі жалғанған, оның кернеуінің әсерімен ҚБТ-дағы электр толқындары акустикалыққа (механикалыққа) ауысады. Акустикалық толқындар одан әрі дыбыс жетегі бетінің бойымен таралады да шығыс ҚБТ-ға жетеді, онда жүктеме кедергісіне түсетін электр сигналына айналады. Бұндай өту кезінде ҚБТ (кіріс және шығыс) геометриялық өлшемі мен формаларына байланысты электр сигналдарының түрленуі орын алады, мұнда ҚБТ-дағы бұдыр санына өткізетін сигналдардың қатыстық жолағы (жиілік бойынша) байланысты болады. Бұдыр саны қаншалықты көп болса, сүзгімен өткізілетін жиілікті жолағы қатысты болады. Ең кең жолақ екі бұдыр кезінде болады.
БАТ құралдары негізінде тежеу сызықтары, теледидарлардағы қарапайым LC-сүзгілерді ығыстырған жолақты сүзгілер құрылған. БАТ негізіндегі сүзгілерді кіріс сүзгі ретінде радиолокациялық қабылдағыштарда пайдалануға болады. Түрлі жиілікте сүзгілеуге арналған сүзгілердің алуан түрлері бар. БАТ негізіндегі құралдарды 2 ГГц-ға дейінгі жиілікте пайдаланады. БАТ негізіндегі құралдарды құру үшін есептеуіш кешендерінде математикалық үлгілерді қолданады.

Бақылау сұрақтары:



  1. «Интегральды микросұлба» деп нені атаймыз?

  2. Конструктивті- технологиялық белгілеріне байланысты ИМС қалай бөлінеді?

  3. Жартылай өткізгіш сұлбалардың ерекшеліктері

  4. Гибридтік сұлбалардың ерекшеліктері.

  5. Қабыршақтық технологиямен жасалған ИМС ерекшеліктері.

  6. Функциональдық қызметіне байланысты ИМС қандай түрлерге бөлінеді?

  7. ИМС дамуының тарихы кезеңдері қалай өрбіді?

  8. ИМС құрамының тғыздық дәрежесі неше түрге бөлінеді, аттарын ата?

  9. ИМС құрамындағы радиоэлемент жеке тұрған өнім болып қарастырылмайтыны неліктен?

Дәріс 10. Күшейткіштер, жіктелуі және негізгі параметрлері


Ақпараттың ең үлкен бөлігін адам ұқсас (ажырамас) нысанда, сонымен қатар жоспарлы түрде алмастыратын дыбыстар түрінде түсінеді. Бұл дыбыстық сигналдар сөйлесу мен музыка түрімен, көрнекті теледидарлық суреттер. Ұқсас электрондық қондырғылар тікелей уақытында күшейткіштер немесе тоқ алмастырылатын түрінде сигналдарды өндірілетін қондырғылар болып аталады. Оларға электрондық күшейткіштер, генераторлар, ипмульстық қондырғылар, модуляторлар, сигналдардың жиілілігін өндіргіштер, бастапқы есептегіштер (сумматорлар, көбейткіштер, игтеграторлар, дифференциаторлар) жатады.


Электрондық күшейткіштердің жұмысына қойылатын ең басты талап – сигналдардың күшейту кезінде олардың нысанын сақтау тәсілі. Бұл жағдайын сигналдарға қиын орындауға, ақырын алмастырылатын тоқтар немесе қосылулармен, сондай-ақ тез арада алмастырылатын тоқтар мен қосылулармен. Сондықтан үнемі тоқ күшейткіштер мен жоғары жиілілігі бар күшейткіштерді атайды.
Қазіргі кезде электрондық күшейткіштер мамандандырылған микро сызбалар түрінде пайдаланады. Арнайы кең аумақты күшейткіштер ең қысқа иипульстарға керек қысқа фронттар мен мен сызықтарымен, олар көп жоғары жиілілігі бар құрайтын (гармонигі) бар. Арнайы кең аумақты күшейткіштер микрос сызбалар түрімен бірнеше каскадтармен және кіріспе электродтармен күшейткіш сыртқы элементтерін қосылуымен (резисторлар, конденсаторлар, индукциялықтар) орындайды.
Ең әмбебап микро сызбалар жоғары коэффициенттері бар күшейтуімен операциялық күшейткіштер болып табылады. Олар үнемі тоқтарды күшейтуі мүмкін, өзіңе салыстырмалы кіріспе күшейткішті қосылып және әр түрлі сыртқы элементтерімен пайдалануы мүмкін. Сонымен қатар олардың функциялары өзгеріледі.
Микро сызбалардың үлкен мүмкіндіктеріне қарамастан әр жағдай да аумақты транзисторларда күшетйкіштерді төменгі дыбыстық сипатталарымен, үлкен кіріс қарсылықпен қосылу бойынша жоғары күшейту коэффициентпен тиянақты құру. Күшейткіш каскадтардың ерекшеліктерінің білуі әр түрлі электрондық элементтерінде ең тиімді сызбалы техникалық шешімін алуға рұқсат етеді.

10.1 Айнымалы және тұрақты ток күшейткіштері


Күшейткіш деп кіріс сигналының қуатын арттыруға (күшейтуге) арналған құрылғыны атайды. Күшейту, энергияны қорек көзінен тұтыну есебінен активті элементтердің көмегімен жүзеге асырылады. Күшейткіштерде активті элементтер көбіне транзистор болып келеді. Кез келген күшейткіште кіріс сигналы қорек көзінен жүктемеге берілетін энергияны басқарады.


Әр түрлі инженерлік жобаларда, электрлік және электрлік емес шамаларды өлшеу кезінде, технологиялық процестерді автоматтандыру және бақылау кезінде, радиотехникалық және медициналық құрылғыларда электр сигналының күшейткіштері қолданылады.



Сурет 94. Электрлік күшейткіш сұлбасы


Күшейткіштерді келесі белгілеріне байланысты кластарға бөлуге болады.


1) күшейтілетін сигнал жиілігіне байланысты:

  • төменгі жиілік күшейткіштері (10 Гц...100 КГц),

  • жоғарғы жиілік күшейткіштері (>100 КГц),

  • кең жолақты күшейткіштер (1..10 МГц),

  • тар аймақтық күшейткіштер шартын. қанағаттандыратын күшейткіштер. Мұндағы жоғары және төменгі шектік жиіліктер.

2) күшейтілетін сигнал формасына байланысты:

  • гармоникалық сигналдар күшейткіші,

  • импульстік сигналдар күшейткіші,

3) уақытқа қатысты сигналдың өзгерісіне байланысты:

  • тұрақты ток күшейткіштері (жиілігі 0-ден бірнеше Герцке дейін ғана),

  • айнымалы ток күшейткіштері (жиілігі 0-ге тең емес).

4) функциональдық қызметіне байланысты:

  • кернеу күшейткіштері

  • ток күшейткіштері

  • қуат күшейткіштері.

Кез келген күшейткіште сигналдың қуаты күшейтіледі, бірақ практикада күшейткіштер үш топқа бөлінеді. Күшейтілетін сигнал тегіне байланысты: кернеу, ток және қуат күшейткіші болып бөлінеді. Сәйкесінше кернеу бойынша күшейту коэффициенті, ток бойынша күшейту коэффициенті және қуат бойынша күшейту коэффициенті анықталады. Кернеу бойынша күшейту коэффициенті, басқаша кернеу бойынша беріліс коэффициенті Ku – бұл күшейткіштің шығыс кернеуінің Úвых=Uвых күшейткіштің кіріс кернеуіне Úвход=Uвход қатынасы:

Ku===Ku ejφ,


Мұндағы Ku= - күшейткіштің амплитуда-жиіліктік сипаттамасы, ал φ(ω)=φ2-φ1 – фаза- жиіліктік сипаттамасы.


Осылай ток бойынша күшейту коэффициенті және қуат бойынша күшейту коэффициенті анықтауға болады:

KI=; KP=.


Iкір , I шығ – кірістегі және шығыстағы айнымалы токтың амплитудалық мәні,


Ркір , Ршығ – кірістегі және шығыстағы сигнал қуаты.
Күшейту коэффициентін көбіне логарифмдік бірлік – децибельмен өлшейді.



Транзистор - күшейткіштің активті элементі. Бір каскадты күшейткіш бір биполяр немесе өрістік транзистордан тұрады.


Күшейіткіш бірнеше каскадтан тұруы мүмкін. Көп каскадты күшейіткіштер үшін күшейту коэффициенті жеке каскадтардың күшейту коэффициенттерін көбейткенге тең.



Егер күшейту коэффициенті децибельмен өлшенетін болса, күшейту коэффициенті жеке күшейткішгтердің децибельмен өлшенген күшейту коэффициентінің қосындысына тең





Күшейткіштің негізін екі элемент құрайды: Úвход кіріс сигналының әсерінен өзгеретін кедергі Zкір және басқарылатын активті элемент. Активті элементтің кедергісінің өзгеруінен қорек көзінен кернеуімен -дан және активті элемент тізбегінен өтетін ток өзгереді. Нәтижесінде схеманың элементтеріндегі кернеу өзгереді, сонымен бірге Uшығ шығыс кернеуі де өзгереді.



Сурет 95. Кедергі мен басқаратын активті элементтен тұратын күшейткіш.


Күшейткіштің негізгі параметрлері:


- күшейту коэффициенті,
- күшейткіштің пайдалы әсер коэффициенті:
- кіріс және шығыс кедергілері.
Күшейткіштің кіріс және шығыс кедергілері келесі формуламен анықталады:

Zкір=, Zшығ=.


Мұндағы: Uкір , Iкір- күшейткіш кірісіндегі кернеу және ток мәндерінің амплитудасы,



жүктеу/скачать 2,51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11



©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет
Lessons
Curriculum vitae
Documents